सेमीकंडक्टर उद्योग में सेंसरों का अनुप्रयोग

प्रवाह सेंसर

(1) अर्धचालक उद्योग में कोर प्रकारों के लिए उपयुक्त

सेमीकंडक्टर उत्पादन में, मुख्य रूप से प्रोसेस गैसें (जैसे सिलान, अमोनिया) और संक्षारक तरल पदार्थ (एचिंग सॉल्यूशन, क्लीनिंग सॉल्यूशन) उपयोग किए जाते हैं। प्रवाह नियंत्रण में कम प्रवाह दरों की सटीकता, संदूषण रोधी क्षमता और संक्षारण प्रतिरोध का ध्यान रखना आवश्यक है। मुख्य प्रकारों में थर्मल गैस मास फ्लोमीटर, लैमिनर प्रेशर डिफरेंस फ्लोमीटर, कोरियोलिस फ्लोमीटर और अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर शामिल हैं। माध्यम के प्रकार और प्रवाह सीमा के आधार पर चयन लचीले ढंग से किया जा सकता है।

(2) मुख्य अनुप्रयोग परिदृश्य

1. लिथोग्राफी प्रक्रिया: एक्सपोज़र और कोटिंग की सटीकता सुनिश्चित करना

लिथोग्राफी अर्धचालक निर्माण का एक महत्वपूर्ण चरण है, जिसमें गैस सांद्रता और द्रव अनुपात की स्थिरता के लिए अत्यंत उच्च आवश्यकताएं होती हैं। प्रवाह सेंसर मुख्य रूप से दो पहलुओं के लिए उपयोग किए जाते हैं: पहला, एक्सपोज़र प्रक्रिया के दौरान, वे नाइट्रोजन और हाइड्रोजन फ्लोराइड जैसी सुरक्षात्मक गैसों की प्रवाह दरों को सटीक रूप से नियंत्रित करते हैं ताकि एक्सपोज़र कक्ष में गैस वातावरण की स्थिरता बनी रहे, धूल के चिपकने और फोटोरेसिस्ट के ऑक्सीकरण को रोका जा सके और एकसमान एक्सपोज़र सुनिश्चित किया जा सके, जो कम प्रवाह नियंत्रण (1 sccm = 1 घन सेंटीमीटर प्रति मिनट) के लिए उपयुक्त है; दूसरा, फोटोरेसिस्ट की कोटिंग प्रक्रिया में, वे तनुकारक की प्रवाह दर की निगरानी करते हैं, फोटोरेसिस्ट की सांद्रता और कोटिंग मोटाई को सटीक रूप से समायोजित करते हैं, लाइन की चौड़ाई में विचलन से बचते हैं और 7nm और उससे कम जैसी उन्नत निर्माण तकनीकों की प्रक्रिया आवश्यकताओं का समर्थन करते हैं।

2. नक़्क़ाशी प्रक्रिया: अभिक्रिया दर और एकरूपता का विनियमन

एचिंग प्रक्रियाओं में ड्राई एचिंग और वेट एचिंग शामिल हैं, जिनमें से दोनों के लिए सटीक नियंत्रण हेतु फ्लो सेंसर की आवश्यकता होती है। ड्राई एचिंग में, ऑक्सीजन, आर्गन और क्लोरीन जैसी प्रतिक्रिया गैसों के प्रवाह अनुपात का गतिशील समायोजन थर्मल या कोरियोलिस फ्लो मीटर के माध्यम से प्लाज्मा एचिंग दर को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है, जिससे दर में उतार-चढ़ाव ±0.5% के भीतर रहता है और वेफर के किनारों को होने वाली क्षति और एचिंग विचलन को कम किया जा सकता है; वेट एचिंग में, एचिंग घोल के परिसंचरण प्रवाह दर की निगरानी की जाती है ताकि वेफर की सतह का एचिंग घोल के साथ पर्याप्त संपर्क और एकसमान प्रतिक्रिया सुनिश्चित हो सके, जिससे स्थानीय ओवर-एचिंग या अंडर-एचिंग की समस्याओं से बचा जा सके। यह विशेष रूप से उच्च सांद्रता वाले हाइड्रोजन फ्लोराइड और सल्फ्यूरिक एसिड जैसे संक्षारक तरल पदार्थों के प्रवाह की निगरानी के लिए उपयुक्त है।

3. फिल्म जमाव प्रक्रिया (सीवीडी/पीवीडी): फिल्म की गुणवत्ता सुनिश्चित करना

रासायनिक वाष्प निक्षेपण (CVD) और भौतिक वाष्प निक्षेपण (PVD) अर्धचालक उपकरण फिल्मों के निर्माण के लिए प्रमुख प्रक्रियाएं हैं। प्रवाह नियंत्रण सीधे फिल्मों की मोटाई, संरचना और आसंजन को निर्धारित करता है। CVD प्रक्रियाओं में, सिलिकॉन नाइट्राइड और सिलिकॉन ऑक्साइड जैसी फिल्मों की नैनोमीटर-स्तर की मोटाई को नियंत्रित करने के लिए, सिलैन, अमोनिया और मीथेन जैसी प्रतिक्रिया गैसों की प्रवाह दरों का सटीक नियंत्रण लैमिनर प्रेशर डिफरेंस फ्लो मीटर के माध्यम से किया जाता है, जिससे ±1% की एकरूपता सुनिश्चित होती है और उपकरण रिसाव धारा कम होती है; PVD प्रक्रियाओं में, निर्वात कक्ष में गैस के दबाव की स्थिरता बनाए रखने के लिए आर्गन जैसी अक्रिय गैसों की प्रवाह दर की निगरानी की जाती है, जिससे अशुद्धियों को प्रवेश करने से रोका जा सके और धातु फिल्मों (तांबा, एल्यूमीनियम) की शुद्धता और आसंजन सुनिश्चित किया जा सके।

4. सहायक प्रक्रियाएँ: सफाई, सुखाने और अपशिष्ट गैस उपचार

वेफर सफाई प्रक्रिया में, नाइट्रोजन और हाइड्रोजन की प्रवाह दर को थर्मल गैस मास फ्लो मीटर द्वारा नियंत्रित किया जाता है ताकि सफाई घोल का सटीक छिड़काव हो सके और वेफर तेजी से सूख जाए, जिससे सफाई के बाद कोई अशुद्धि न रह जाए। साथ ही, सफाई घोल की परिसंचरण प्रवाह दर की निगरानी की जाती है ताकि वेफर के बैचों के लिए सफाई का प्रभाव एक समान रहे। टेल गैस उपचार प्रक्रिया में, उत्पादन टेल गैस (जिसमें क्लोरीन गैस, हाइड्रोजन फ्लोराइड आदि विषैली गैसें होती हैं) के उत्सर्जन प्रवाह दर की निगरानी अल्ट्रासोनिक फ्लो मीटर द्वारा की जाती है ताकि टेल गैस का शुद्धिकरण और उत्सर्जन मानकों के अनुरूप हो, जिससे पर्यावरण प्रदूषण और सुरक्षा जोखिमों से बचा जा सके।

दबाव सेंसर

(1) अर्धचालक उद्योग के लिए उपयुक्त कोर प्रकार

सेमीकंडक्टर निर्माण में, अधिकांश मुख्य प्रक्रियाओं को उच्च निर्वात या विशिष्ट दाब वाले वातावरण में करना आवश्यक होता है। दाब सेंसरों के लिए उच्च परिशुद्धता, संक्षारण प्रतिरोध और लघु आकार मुख्य आवश्यकताएँ हैं। मुख्य प्रकार का सेंसर सेमीकंडक्टर पीज़ोरेसिस्टिव दाब सेंसर है (जो MEMS तकनीक के लिए उपयुक्त और उच्च परिशुद्धता वाला होता है), इसके अतिरिक्त कैपेसिटिव (कम दाब, सूक्ष्म दाब मापन) और पीज़ोइलेक्ट्रिक (गतिशील दाब निगरानी) सेंसर भी उपलब्ध हैं, जो 10⁻⁹ Pa से 1 MPa तक की व्यापक दाब मापन सीमा को कवर कर सकते हैं।

(2) मुख्य अनुप्रयोग परिदृश्य

1. वैक्यूम चैंबरों का दबाव नियंत्रण: मुख्य प्रक्रियाओं का समर्थन

लिथोग्राफी, एचिंग और थिन फिल्म डिपोजिशन जैसी प्रक्रियाओं के लिए, जिन्हें उच्च निर्वात वातावरण (10⁻³ से 10⁻⁹ Pa तक निर्वात स्तर) में किया जाना आवश्यक है, दबाव सेंसर चैम्बर में दबाव परिवर्तनों की वास्तविक समय में निगरानी करते हैं और वैक्यूम पंप की गति और कार्य स्थिति को गतिशील रूप से समायोजित करने के लिए संकेतों को वैक्यूम इकाई को वापस भेजते हैं, जिससे एक स्थिर निर्वात स्तर बना रहता है। यदि निर्वात स्तर अपर्याप्त है, तो इससे फिल्म में छेद, असमान एचिंग और फोटोमास्क का संदूषण जैसी समस्याएं उत्पन्न होंगी, जिससे वेफर की उपज सीधे कम हो जाएगी। इसलिए, संपूर्ण रेंज के लिए दबाव माप की सटीकता ±0.1% FS (पूर्ण पैमाने) तक होनी चाहिए।

2. प्रक्रिया गैसों का दाब विनियमन: प्रवाह नियंत्रण को सटीक रूप से जोड़ना

प्रक्रिया के दौरान गैस परिवहन में, दबाव में उतार-चढ़ाव सीधे प्रवाह विचलन का कारण बनता है, जिससे प्रक्रिया की स्थिरता प्रभावित होती है। दबाव सेंसर को प्रवाह सेंसर से जोड़ा जाता है ताकि "दबाव-प्रवाह" दोहरी बंद-लूप नियंत्रण प्राप्त किया जा सके, जो पाइपलाइन में गैस के दबाव की वास्तविक समय में निगरानी करता है और दबाव में उतार-चढ़ाव (±1% के भीतर) से बचने के लिए राहत वाल्व को गतिशील रूप से समायोजित करता है। यह क्लोरीन और हाइड्रोजन क्लोराइड जैसी संक्षारक गैसों के दबाव की निगरानी के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है, जिसके लिए सेंसर क्षति को रोकने के लिए विशेष संक्षारण-प्रतिरोधी कोटिंग की आवश्यकता होती है।

3. पैकेजिंग और बॉन्डिंग प्रक्रियाएँ: आसंजन सटीकता सुनिश्चित करना

वेफर बॉन्डिंग और चिप पैकेजिंग की प्रक्रियाओं में, दबाव नियंत्रण सीधे उत्पाद की विश्वसनीयता निर्धारित करता है। वेफर बॉन्डिंग के दौरान, पीज़ोरेसिस्टिव प्रेशर सेंसर बॉन्डिंग दबाव को सटीक रूप से नियंत्रित करता है (आमतौर पर कुछ मिलीपास्कल से लेकर कुछ दसियों पास्कल तक), यह सुनिश्चित करते हुए कि दोनों वेफर बिना बुलबुले या गलत संरेखण के मजबूती से जुड़े हों, जिससे स्टैक्ड चिप्स और चिप पैकेजिंग जैसी उन्नत पैकेजिंग प्रक्रियाओं में सहायता मिलती है; प्लास्टिक सीलिंग प्रक्रिया में, प्लास्टिक सीलिंग सामग्री के दबाव की निगरानी की जाती है, और चिप विरूपण और प्लास्टिक सीलिंग सामग्री के अपर्याप्त भरने से बचने के लिए मोल्ड में दबाव को गतिशील रूप से समायोजित किया जाता है, जिससे पैकेजिंग की गुणवत्ता दर में सुधार होता है।

4. उपकरण सुरक्षा निगरानी: रिसाव और खराबी के जोखिमों से बचाव

सेमीकंडक्टर उपकरणों की पाइपलाइनों और कक्षों में दबाव रिसाव होने पर सुरक्षा संबंधी दुर्घटनाएँ और प्रक्रिया में रुकावटें आ सकती हैं। दबाव सेंसर वैक्यूम कक्षों और प्रक्रिया पाइपलाइनों में दबाव परिवर्तन की वास्तविक समय में निगरानी करते हैं। दबाव निर्धारित सीमा से अधिक होने पर अलार्म बजता है और संक्षारक गैसों के रिसाव और कक्ष को क्षति से बचाने के लिए प्रक्रिया रोक दी जाती है; साथ ही, वैक्यूम पंप, कंप्रेसर आदि के कार्यशील दबाव की निगरानी की जाती है ताकि उपकरण के ओवरलोड, रिसाव आदि का तुरंत पता लगाया जा सके और उपकरण का सेवा जीवन बढ़ाया जा सके।

तापमान सेंसर

(1) अर्धचालक उद्योग के लिए उपयुक्त कोर प्रकार

सेमीकंडक्टर प्रक्रिया में तापमान नियंत्रण के लिए अत्यधिक उच्च परिशुद्धता की आवश्यकता होती है। कुछ स्थितियों में, तापमान ±0.1℃ के भीतर होना चाहिए। सामान्य तापमान सेंसरों में थर्मल प्रतिरोध सेंसर (PT100/PT1000, उच्च सटीकता और अच्छी स्थिरता के साथ), थर्मोकपल सेंसर (उच्च तापमान सहन करने में सक्षम, 300 से 1800℃ तक के तापमान के लिए उपयुक्त) और सेमीकंडक्टर थर्मिस्टर (NTC/PTC, छोटे आकार के और एकीकरण के लिए उपयुक्त) शामिल हैं। तापमान नियंत्रण सीमा और सटीकता आवश्यकताओं के आधार पर चयन किया जा सकता है।

(2) मुख्य अनुप्रयोग परिदृश्य

1. लिथोग्राफी प्रक्रिया: फोटोरेसिस्ट और उपकरण के तापमान को स्थिर करना

फोटोरेसिस्ट की श्यानता और तापमान के प्रति संवेदनशीलता अत्यंत संवेदनशील होती है। तापमान में उतार-चढ़ाव से असमान कोटिंग और अपूर्ण विकास हो सकता है। तापमान सेंसर फोटोरेसिस्ट भंडारण टैंक और कोटिंग प्लेटफॉर्म के तापमान की वास्तविक समय में निगरानी करते हैं ताकि तापमान स्थिर रहे (आमतौर पर 23±0.5℃); साथ ही, वे एक्सपोज़र मशीन के लेंस के तापमान की भी निगरानी करते हैं ताकि लंबे समय तक संचालन के कारण लेंस विकृत न हो और लिथोग्राफी की सटीकता प्रभावित न हो, जिससे लाइन की चौड़ाई में एकरूपता सुनिश्चित हो सके।

2. फिल्म जमाव और एनीलिंग प्रक्रिया: सटीक तापमान नियंत्रण क्रिस्टल गुणवत्ता सुनिश्चित करता है

सीवीडी प्रक्रियाओं में, अभिक्रिया कक्ष के तापमान की निगरानी थर्मोकपल सेंसर (300-1000℃) द्वारा की जाती है, जिससे अभिक्रिया तापमान पर सटीक नियंत्रण सुनिश्चित होता है और पूर्ण एवं एकसमान अभिक्रियाएँ तथा शुद्ध फिल्म संरचना प्राप्त होती है। पीवीडी प्रक्रियाओं में, लक्ष्य और सब्सट्रेट के तापमान की निगरानी की जाती है ताकि लक्ष्य को अधिक गरम होने से बचाया जा सके और सब्सट्रेट के तापमान में वृद्धि एवं कमी को नियंत्रित करके फिल्म के आसंजन को बढ़ाया जा सके। वेफर एनीलिंग प्रक्रिया में, तापीय प्रतिरोध और थर्मोकपल सेंसर द्वारा जुड़े तापमान सेंसर एनीलिंग भट्टी के तापमान प्रवणता, तापन दर और शीतलन दर को सटीक रूप से नियंत्रित करते हैं ताकि वेफर में आंतरिक तनाव को दूर किया जा सके और क्रिस्टल संरचना में सुधार किया जा सके, जिससे वेफर का विद्युत प्रदर्शन बेहतर होता है।

3. नक्काशी और सफाई प्रक्रियाएं: प्रतिक्रिया दक्षता का विनियमन

वेट एचिंग में, एचिंग दर तापमान के साथ सीधे संबंधित होती है। तापमान सेंसर एचिंग घोल के तापमान की वास्तविक समय में निगरानी करते हैं और इसे निर्धारित सीमा (आमतौर पर 25-40℃) के भीतर रखते हैं ताकि उच्च तापमान पर अत्यधिक एचिंग और कम तापमान पर अपूर्ण एचिंग से बचा जा सके। ड्राई एचिंग में, वेफर पर सर्किट संरचना को उच्च तापमान से होने वाले नुकसान से बचाने के लिए प्लाज्मा तापमान की निगरानी की जाती है। सफाई प्रक्रिया में, सफाई घोल के तापमान की निगरानी की जाती है ताकि सफाई की दक्षता में सुधार हो सके और वेफर की सतह पर ऑक्साइड परत को उच्च तापमान से होने वाले नुकसान से बचाया जा सके।

4. उपकरण रखरखाव: अत्यधिक गर्म होने से होने वाली खराबी को रोकना

सेमीकंडक्टर उत्पादन उपकरण (वैक्यूम पंप, कंप्रेसर, कूलिंग सिस्टम, ट्रांसमिशन मैकेनिज्म) लंबे समय तक उच्च गति पर चलने के कारण अत्यधिक गर्मी से खराब हो सकते हैं। तापमान सेंसर उपकरण के प्रमुख भागों के तापमान की वास्तविक समय में निगरानी करते हैं। तापमान निर्धारित सीमा से अधिक होने पर, उपकरण को नुकसान से बचाने के लिए ओवर-टेंपरेचर प्रोटेक्शन और अलार्म सक्रिय हो जाते हैं; साथ ही, वेफर ट्रांसमिशन मैकेनिज्म के तापमान की भी निगरानी की जाती है ताकि उच्च तापमान से वेफर दूषित न हो या ट्रांसमिशन की सटीकता प्रभावित न हो, जिससे उत्पादन की निरंतरता सुनिश्चित हो सके।

लेवल सेंसर

(1) अर्धचालक उद्योग के लिए उपयुक्त कोर प्रकार

सेमीकंडक्टर उत्पादन में, जिन तरल पदार्थों को नियंत्रित करना आवश्यक होता है उनमें एचिंग सॉल्यूशन, क्लीनिंग सॉल्यूशन, फोटोरेसिस्ट, डीआयनाइज्ड वॉटर और अपशिष्ट तरल शामिल हैं। ये तरल पदार्थ अधिकतर संक्षारक होते हैं और संदूषण के प्रति संवेदनशील होते हैं। लेवल सेंसर को गैर-संपर्क, संक्षारण प्रतिरोध और उच्च परिशुद्धता की आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए। मुख्य प्रकारों में कैपेसिटिव लेवल सेंसर (संक्षारक तरल पदार्थों के लिए उपयुक्त), फोटोइलेक्ट्रिक लेवल सेंसर (रिसाव का पता लगाने के लिए उपयुक्त) और इमर्शन लेवल सेंसर (बड़े भंडारण टैंकों के लिए उपयुक्त) शामिल हैं।

(2) मुख्य अनुप्रयोग परिदृश्य

1. प्रक्रिया तरल भंडारण: अतिप्रवाह और आपूर्ति व्यवधान को रोकें

एचिंग सॉल्यूशन, क्लीनिंग सॉल्यूशन और फोटोरेसिस्ट जैसे प्रोसेस लिक्विड को विशेष टैंकों में संग्रहित किया जाता है। लेवल सेंसर वास्तविक समय में लिक्विड के स्तर की निगरानी करते हैं और दो-तरफ़ा चेतावनी प्रदान करते हैं: जब लिक्विड का स्तर निर्धारित सीमा से नीचे होता है, तो आपूर्ति में रुकावट के कारण प्रक्रिया बाधित होने से बचाने के लिए पुनःपूर्ति की चेतावनी जारी की जाती है; जब लिक्विड का स्तर निर्धारित सीमा से ऊपर होता है, तो संक्षारक तरल पदार्थों को ओवरफ्लो होने और उत्पादन वातावरण को प्रदूषित करने, उपकरण और वेफर्स को नुकसान पहुंचाने से बचाने के लिए ओवरफ्लो की चेतावनी जारी की जाती है। फोटोरेसिस्ट जैसे संक्षारक तरल पदार्थों के लिए, सेंसर के तरल के संपर्क में आने से होने वाले संदूषण से बचने के लिए एक नॉन-कॉन्टैक्ट कैपेसिटिव सेंसर का उपयोग किया जाता है।

2. पाइपलाइन रिसाव का पता लगाना: सुरक्षा संबंधी खतरों से बचाव

प्रक्रिया तरल परिवहन पाइपलाइनों (विशेष रूप से एचिंग सॉल्यूशन और हाइड्रोजन फ्लोराइड पाइपलाइनों) के जोड़ और वाल्व रिसाव के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं। पाइपलाइन के सबसे निचले बिंदु या जोड़ पर फोटोइलेक्ट्रिक लेवल सेंसर लगाया जाता है, जो रिसाव का पता लगा सकता है। रिसाव का पता चलते ही तुरंत अलार्म बजने लगता है, जिससे संक्षारक तरल पदार्थों के फैलाव को रोका जा सके, उपकरण की क्षति और वेफर संदूषण को कम किया जा सके, साथ ही डाउनटाइम के नुकसान को भी न्यूनतम किया जा सके।

3. तरल मिश्रण और जल आपूर्ति: सटीक अनुपात सुनिश्चित करें

सेमीकंडक्टर उत्पादन के लिए उच्च शुद्धता वाले विआयनीकृत जल की बड़ी मात्रा की आवश्यकता होती है। जल भंडारण टैंक में तरल स्तर की निगरानी के लिए इमर्शन लेवल सेंसर लगा होता है, जिससे जल की आपूर्ति स्थिर बनी रहती है और अपर्याप्त जल आपूर्ति के कारण सफाई और शीतलन जैसी प्रक्रियाओं में बाधा नहीं आती। रासायनिक अभिकर्मक मिश्रण प्रक्रिया में, मिश्रण टैंक में तरल स्तर की निगरानी की जाती है, साथ ही सरगर्मी प्रणाली और प्रवाह सेंसर का उपयोग करके अभिकर्मकों का सटीक मिश्रण सुनिश्चित किया जाता है और मिश्रण प्रक्रिया के दौरान तरल के अतिप्रवाह को रोका जाता है, जिससे प्रक्रिया की स्थिरता बनी रहती है।

4. अपशिष्ट द्रव उपचार: अनुपालन नियंत्रण और स्थिर प्रक्रिया

उत्पादन प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न होने वाले एचिंग और सफाई अपशिष्ट तरल को एक समान रूप से एकत्रित और संसाधित करना आवश्यक है। एक लेवल सेंसर अपशिष्ट तरल भंडारण टैंक में तरल स्तर की निगरानी करता है। जब तरल स्तर निर्धारित मान तक पहुँच जाता है, तो एक उत्सर्जन चेतावनी जारी की जाती है ताकि कर्मचारियों को समय पर सूचित किया जा सके और अपशिष्ट तरल के अतिप्रवाह से होने वाले पर्यावरणीय प्रदूषण को रोका जा सके; साथ ही, अपशिष्ट तरल उपचार उपकरण के तरल स्तर की भी निगरानी की जाती है ताकि उपचार प्रक्रिया की स्थिरता सुनिश्चित हो सके और अपशिष्ट तरल का निर्वहन मानकों के अनुरूप हो।