Aplicación de sensores na industria dos semicondutores

Sensor de fluxo

(1) Adecuado para tipos de núcleo na industria dos semicondutores

Na produción de semicondutores, os fluídos inclúen principalmente gases de proceso (como silano, amoníaco) e líquidos corrosivos (solución de gravado, solución de limpeza). O control de fluxo debe ter en conta a precisión dos caudais pequenos, a capacidade anticontaminación e a resistencia á corrosión. Os tipos principais inclúen medidores de fluxo másico de gas térmico, medidores de fluxo de diferenza de presión laminar, medidores de fluxo Coriolis e medidores de fluxo ultrasónicos. A selección pódese facer de forma flexible en función do tipo de medio e do rango de fluxo.

(2) Escenarios de aplicacións principais

1. Proceso de litografía: garantir a precisión da exposición e do revestimento

A litografía é un paso fundamental na fabricación de semicondutores, con requisitos extremadamente altos para a estabilidade da concentración de gas e a proporción de líquido. Os sensores de fluxo utilízanse principalmente para dous aspectos: en primeiro lugar, durante o proceso de exposición, controlan con precisión os caudais de gases protectores como o nitróxeno e o fluoruro de hidróxeno para manter a estabilidade da atmosfera de gas na cámara de exposición, evitando a adhesión do po e a oxidación da fotorresina e garantindo unha exposición uniforme, axeitada para un control de fluxo pequeno (1 sccm = 1 centímetro cúbico por minuto); en segundo lugar, no proceso de revestimento da fotorresina, monitorizan o caudal do diluínte, axustan con precisión a concentración e o grosor do revestimento da fotorresina, evitando desviacións do ancho da liña, cumprindo os requisitos do proceso de tecnoloxías de fabricación avanzadas como 7 nm e inferiores.

2. Proceso de gravado: regulación da velocidade de reacción e da uniformidade

Os procesos de gravado inclúen o gravado en seco e o gravado en húmido, os cales requiren sensores de fluxo para un control preciso. No gravado en seco, o axuste dinámico das proporcións de fluxo dos gases de reacción como o osíxeno, o argón e o cloro conséguese mediante medidores de fluxo térmicos ou de Coriolis para controlar a velocidade de gravado por plasma, mantendo as flutuacións da velocidade dentro de ±0,5 %, reducindo os danos nos bordos e as desviacións do gravado da oblea; no gravado en húmido, o caudal de circulación da solución de gravado monitorízase para garantir un contacto suficiente e unha reacción uniforme da superficie da oblea coa solución de gravado, evitando problemas locais de sobregravado ou subgravado, especialmente axeitado para a monitorización do fluxo de líquidos corrosivos como o fluoruro de hidróxeno de alta concentración e o ácido sulfúrico.

3. Proceso de deposición de película (CVD/PVD): garantir a calidade da película

A deposición química de vapor (CVD) e a deposición física de vapor (PVD) son procesos clave para a fabricación de películas de dispositivos semicondutores. O control do fluxo determina directamente o grosor, a composición e a adhesión das películas. Nos procesos CVD, o control preciso das taxas de fluxo dos gases de reacción como o silano, o amoníaco e o metano conséguese mediante medidores de fluxo de diferenza de presión laminar para lograr un control do grosor a nivel nanométrico de películas como o nitruro de silicio e o óxido de silicio, garantindo unha uniformidade de ±1 % e reducindo a corrente de fuga do dispositivo; Nos procesos PVD, o caudal de gases inertes como o argon é monitorizado para manter a estabilidade da presión do gas na cámara de baleiro, evitando a entrada de impurezas e garantindo a pureza e a adhesión das películas metálicas (cobre, aluminio).

4. Procesos auxiliares: limpeza, secado e tratamento de gases de cola

No proceso de limpeza de obleas, os caudais de nitróxeno e hidróxeno contrólanse mediante medidores de fluxo másico de gas térmico para lograr unha pulverización precisa da solución de limpeza e un secado rápido da oblea, evitando impurezas residuais despois da limpeza; Ao mesmo tempo, o caudal de circulación da solución de limpeza monitorízase para garantir efectos de limpeza consistentes para lotes de obleas. No proceso de tratamento do gas de cola, o caudal de emisión do gas de cola de produción (que contén gas cloro, fluoruro de hidróxeno, etc., gases tóxicos) monitorízase mediante medidores de fluxo ultrasónicos para garantir que o gas de cola se purifique e descargue de acordo coas normas, evitando a contaminación ambiental e os riscos para a seguridade.

Sensores de presión

(1) Tipos de núcleos axeitados para a industria dos semicondutores

Na fabricación de semicondutores, a maioría dos procesos básicos deben levarse a cabo en ambientes de alto baleiro ou de presión específica. Os requisitos básicos para os sensores de presión son a alta precisión, a resistencia á corrosión e a miniaturización. O tipo principal é o sensor de presión piezorresistivo de semicondutores (adecuado para a tecnoloxía MEMS, con alta precisión), complementado por sensores capacitivos (baixa presión, medición de micropresión) e piezoeléctricos (monitorización dinámica da presión), que poden cubrir un amplo rango de medición de presión de 10⁻⁹ Pa a 1 MPa.

(2) Escenarios de aplicacións principais

1. Control da presión das cámaras de baleiro: apoio aos procesos básicos

Para procesos como a litografía, o gravado e a deposición de películas finas, que deben levarse a cabo nun ambiente de alto baleiro (cun ​​grao de baleiro que alcanza os 10⁻³ e os 10⁻⁹ Pa), os sensores de presión monitorizan os cambios de presión na cámara en tempo real e envían os sinais de volta á unidade de baleiro para axustar dinamicamente a velocidade e o estado de funcionamento da bomba de baleiro, mantendo un grao de baleiro estable. Se o grao de baleiro é insuficiente, causará problemas como poros na película, gravado desigual e contaminación da fotomáscara, o que reducirá directamente o rendemento da oblea. Polo tanto, a precisión da medición da presión debe alcanzar o ±0,1 % FS (escala completa) para todo o rango.

2. Regulación da presión dos gases de proceso: vinculación precisa do control de fluxo

Durante o transporte do gas do proceso, as flutuacións de presión provocan directamente desviacións do fluxo, o que afecta á estabilidade do proceso. Os sensores de presión están conectados cos sensores de fluxo para lograr un control de circuíto pechado dual "presión-fluxo", monitorizando a presión do gas na tubaxe en tempo real e axustando dinamicamente a válvula de alivio para evitar flutuacións de presión (dentro de ±1%), especialmente axeitado para a monitorización da presión de gases corrosivos como o cloro e o cloruro de hidróxeno, que requiren revestimentos especiais resistentes á corrosión para evitar danos no sensor.

3. Procesos de empaquetado e unión: garantir a precisión da adhesión

Nos procesos de unión de obleas e empaquetado de chips, o control da presión determina directamente a fiabilidade do produto. Durante a unión de obleas, o sensor de presión piezorresistivo controla con precisión a presión de unión (xeralmente de varios milipascales a varias decenas de pascales), garantindo que as dúas obleas estean firmemente adheridas sen burbullas nin desalineamento, o que permite procesos de empaquetado avanzados como chips apilados e empaquetado de chips; no proceso de selado de plástico, a presión do material de selado de plástico monitorízase e a presión no molde axústase dinamicamente para evitar a deformación do chip e o recheo insuficiente do material de selado de plástico, mellorando a taxa de cualificación do empaquetado.

4. Monitorización da seguridade dos equipos: evitar riscos de fugas e fallos

Se hai unha fuga de presión nas tubaxes e cámaras dos equipos semicondutores, provocará accidentes de seguridade e fallos no proceso. Os sensores de presión monitorizan os cambios de presión nas cámaras de baleiro e nas tubaxes de proceso en tempo real. Cando a presión supera o limiar establecido, actívase unha alarma e o proceso detense para evitar a fuga de gases corrosivos e danos na cámara; ao mesmo tempo, monitorízase a presión de traballo das bombas de baleiro, compresores, etc. para detectar rapidamente a sobrecarga do equipo, as fugas, etc., prolongando a vida útil do equipo.

Sensores de temperatura

(1) Tipos de núcleos axeitados para a industria dos semicondutores

O proceso de semicondutores require unha precisión extremadamente alta no control da temperatura. Nalgúns escenarios, a temperatura debe estar dentro de ±0,1 ℃. Os sensores de temperatura habituais inclúen sensores de resistencia térmica (PT100/PT1000, con alta precisión e boa estabilidade), sensores de termopar (capaces de soportar altas temperaturas, axeitados para escenarios que van de 300 a 1800 ℃) e termistores semicondutores (NTC/PTC, de tamaño pequeno e axeitados para a integración). A selección pódese facer en función do rango de control de temperatura e dos requisitos de precisión.

(2) Escenarios de aplicacións principais

1. Proceso de litografía: estabilización da temperatura da fotorresina e do equipo

A viscosidade e a sensibilidade da fotorresina á temperatura son extremadamente sensibles. As desviacións de temperatura poden levar a un revestimento desigual e a un revelado incompleto. Os sensores de temperatura monitorizan a temperatura do tanque de almacenamento da fotorresina e da plataforma de revestimento en tempo real para manter unha temperatura estable (normalmente 23 ± 0,5 ℃); ao mesmo tempo, monitorizan a temperatura da lente da máquina de exposición para evitar que a lente se deforme debido ao funcionamento a longo prazo e afecte á precisión da litografía, garantindo a consistencia do ancho da liña.

2. Proceso de deposición e recocido da película: un control preciso da temperatura garante a calidade do cristal

Nos procesos de deposición química en fase CVD, a temperatura da cámara de reacción é monitorizada por sensores de termopar (300-1000 ℃), o que permite un control preciso da temperatura de reacción para garantir reaccións completas e uniformes e unha composición pura da película; nos procesos de deposición química en fase PVD, as temperaturas do obxectivo e do substrato son monitorizadas para evitar o sobrequecemento do obxectivo e controlar o aumento e a diminución da temperatura do substrato para mellorar a adhesión da película. No proceso de recocido de obleas, os sensores de temperatura conectados por sensores de resistencia térmica e termopar controlan con precisión o gradiente de temperatura, a velocidade de quecemento e a velocidade de arrefriamento do forno de recocido para eliminar a tensión interna na oblea e mellorar a estrutura cristalina, mellorando así o rendemento eléctrico da oblea.

3. Procesos de gravado e limpeza: regulación da eficiencia da reacción

No gravado húmido, a velocidade de gravado está correlacionada positivamente coa temperatura. Os sensores de temperatura monitorizan a temperatura da solución de gravado en tempo real e manteñena dentro do rango establecido (normalmente 25-40 ℃) para evitar un gravado excesivo a altas temperaturas e un gravado incompleto a baixas temperaturas; no gravado seco, a temperatura do plasma monitorízase para evitar danos na estrutura do circuíto na oblea debido ás altas temperaturas. No proceso de limpeza, a temperatura da solución de limpeza monitorízase para mellorar a eficiencia da limpeza e evitar danos na capa de óxido na superficie da oblea debido ás altas temperaturas.

4. Mantemento de equipos: prevención de fallos por sobrequecemento

Equipos de produción de semicondutores (bombas de baleiro, compresores, sistemas de refrixeración, mecanismos de transmisión) propensos a fallos por sobrequecemento debido ao funcionamento a alta velocidade a longo prazo. Os sensores de temperatura monitorizan as temperaturas das partes clave do equipo en tempo real. Cando a temperatura supera o limiar, actívanse a protección contra sobretemperatura e as alarmas para evitar danos no equipo; ao mesmo tempo, monitorízase a temperatura do mecanismo de transmisión da oblea para evitar que as altas temperaturas contaminen a oblea ou afecten á precisión da transmisión, garantindo a continuidade da produción.

Sensores de nivel

(1) Tipos de núcleos axeitados para a industria dos semicondutores

Na produción de semicondutores, os líquidos que cómpre controlar inclúen a solución de gravado, a solución de limpeza, a fotorresina, a auga desionizada e os líquidos residuais. Estes líquidos son na súa maioría corrosivos e propensos á contaminación. Os sensores de nivel deben cumprir os requisitos de non contacto, resistencia á corrosión e alta precisión. Os tipos principais son os sensores de nivel capacitivos (adecuados para líquidos corrosivos), os sensores de nivel fotoeléctricos (adecuados para a detección de fugas) e os sensores de nivel de inmersión (adecuados para grandes tanques de almacenamento).

(2) Escenarios de aplicacións principais

1. Almacenamento de líquidos de proceso: evitar o desbordamento e a interrupción do subministro

Os líquidos de proceso, como a solución de gravado, a solución de limpeza e a fotorresina, almacénanse en tanques específicos. Os sensores de nivel monitorizan a altura do nivel do líquido en tempo real e implementan avisos bidireccionais: cando o nivel do líquido está por debaixo do limiar establecido, actívase un aviso de reposición para evitar que o proceso se interrompa debido a unha falla de subministración; cando o nivel do líquido está por riba do limiar, actívase un aviso de desbordamento para evitar que os líquidos corrosivos se desborden e contaminen o ambiente de produción, danando os equipos e as obleas. Para líquidos corrosivos como a fotorresina, utilízase un sensor capacitivo sen contacto para evitar a contaminación causada polo contacto do sensor co líquido.

2. Detección de fugas en tubaxes: evitar riscos de seguridade

As xuntas e válvulas das tubaxes de transporte de líquidos de proceso (especialmente as tubaxes de solucións de gravado e fluoruro de hidróxeno) son propensas a sufrir fugas. O sensor de nivel fotoeléctrico instálase no punto baixo da tubaxe ou na xunta, o que pode detectar fugas residuais. Unha vez que se detecta unha fuga, actívase inmediatamente unha alarma para evitar a propagación de líquidos corrosivos e reducir os danos nos equipos e a contaminación das obleas, así como minimizar as perdas por tempo de inactividade.

3. Mestura de fluídos e subministración de auga: garantir unha proporción precisa

A produción de semicondutores require unha gran cantidade de auga desionizada de alta pureza. O sensor de nivel de inmersión monitoriza o nivel de líquido no tanque de almacenamento de auga desionizada para garantir un subministro de auga estable e evitar que se afecten procesos como a limpeza e o arrefriamento debido a un subministro de auga insuficiente. No proceso de mestura de reactivos químicos, o nivel de líquido no tanque de mestura é monitorizado, combinado co sistema de axitación e o sensor de fluxo, para garantir unha mestura precisa de reactivos e evitar o desbordamento de líquido durante o proceso de mestura, garantindo a estabilidade do proceso.

4. Tratamento de residuos líquidos: control do cumprimento e proceso estable

Os líquidos residuais de gravado e os líquidos residuais de limpeza producidos durante o proceso de produción deben recollerse e tratarse uniformemente. O sensor de nivel monitoriza o nivel de líquido no tanque de almacenamento de líquidos residuais. Cando o nivel de líquido alcanza o valor establecido, actívase un aviso de emisión para notificar ao persoal que o xestione a tempo para evitar que o desbordamento de líquidos residuais cause contaminación ambiental; ao mesmo tempo, monitorízase o nivel de líquido do equipo de tratamento de líquidos residuais para garantir a estabilidade do proceso de tratamento e garantir que os líquidos residuais se descarguen de acordo coas normas.