半导体器件是驱动和支持现代科技世界的决策(逻辑)和数据存储(内存)器件。它们从最初的大型计算设备扩展到个人电脑、笔记本电脑、手机、汽车,甚至洗衣机、烘干机和其他家用电器。在早期晶体管(端对端尺寸达数英寸)技术的基础上,现代半导体器件的尺寸有了惊人的缩小,现在的节点尺寸以纳米(即 10-9米)为单位!
随着节点尺寸的不断缩小(参见摩尔定律),制造环境中的污染已成为一个更大的挑战。微小的有机和无机颗粒会污染晶圆表面,损坏设备并降低产量。这是洁净室存在的原因之一,也是要求工人穿洁净室防护服的原因之一。
同样,许多生产工艺步骤都需要真空环境,以减少不需要的气体对工艺的污染。为了确保达到并维持所需的真空度,低压测量传感器/真空计被纳入系统和工艺设计中。
现代半导体器件是逐层逐步制造的,其设计层数多达几百层。半导体器件制造流程的典型步骤是:清洁(晶圆)、涂层(沉积所需材料)、掩膜和曝光(对层进行图案化)、显影、蚀刻(不需要的材料)、清洁、植入、沉积、掩膜、蚀刻......清洗、冲洗,并根据需要重复这些步骤。
其中一些步骤需要在真空环境中才能有效进行。其中一个例子是沉积,如化学气相沉积 (CVD)、物理气相沉积 (PVD),或其中的一些变体(如低压 CVD/LPCVD、等离子体增强 CVD/PECVD、原子层沉积/ALD、分子束外延/MBE 等),在这些过程中,会在晶片表面添加精确而均匀的材料层。
其他例子包括蚀刻,它需要真空来确保精确控制侵蚀性气体在晶片表面的体积和停留时间,而离子注入(或简称 "植入")则需要真空来减少离子飞行路径上的相互作用次数。传统上,图形绘制不是在真空环境中进行的,但最近在超紫外光刻方面取得了技术进步,使这项技术能够用于大规模制造,并为当今高端 PC 和手机中使用的最小、最快(最新、最棒)的半导体器件铺平了道路。
半导体工厂规模庞大,有许多足球场那么大,每天生产数百万个芯片。这意味着所有设备都必须可靠、精确,因为设备故障和工具停机会导致巨大的经济损失。此外,半导体成品可能会用于关键系统,例如飞机,而制造过程中存在的污染物很容易导致元件过早失效。综上所述,可靠、精确的真空计在这些半导体制造系统中的重要性不言而喻。
由于种种原因,半导体工厂一直使用热离子和裸热离子(Bayard-Alpert 或 BA)真空计。这些真空计都是一次性、限时使用的真空计,无法清洗,而且随着时间的推移,真空计会受到污染,需要更换。最近,半导体工厂开始采用冷阴极真空计,因为它们的抗污染能力更强,而且可以清洗后重新投入使用。
最常见的电视® 用于半导体制造的真空测量解决方案是 MX200真空控制器 与 4A对流真空计 适用于从 1000 托到 10-3 托尔 7FC冷阴极真空计 用于测量 10-2 至10-11 托,以及用于过程控制的 CDG。
The MX200 is a highly configurable vacuum controller, controlling up to 10 vacuum gauges simultaneously and offering a variety of communication options to read vacuum measurements including 0 to 10 V analog outputs, RS-232/RS-485 communications, EthernetIP, or PROFINET communications. Remember that cold cathode vacuum gauges can be cleaned, with gauges remaining in operation in certain cases for decades without being replaced.
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