Важность и трудности мониторинга кислорода при производстве полупроводников

В процессе производства полупроводников загрязнение кислородом вызывает нежелательную окислительную реакцию, которая приводит к дефектам в интегральных схемах и кремниевых пластинах, что, в свою очередь, нарушает целостность тонкопленочной структуры и серьезно влияет на однородность и надежность продукта. Поэтому производители полупроводников должны строго контролировать содержание кислорода в технологических газах и камерах оборудования, и даже небольшое количество кислорода (до уровня ppm) может значительно повредить характеристики компонентов.

В настоящее время мониторинг кислорода в полупроводниковых технологических газах в основном сталкивается со следующими техническими трудностями:

• Требуется точное обнаружение сверхнизких концентраций кислорода менее 10 ppm;

• Необходимо поддерживать непрерывный мониторинг концентрации кислорода в вакууме;

• Необходимо обеспечить безопасную и стабильную работу оборудования в восстановительной атмосфере.

Среди многих технологий обнаружения газов технология анализа датчиков оксида циркония из - за ее быстрой реакции, высокой точности измерения, широкого диапазона измерений, сильной стабильности и длительного срока службы и других преимуществ, стала идеальным выбором для мониторинга концентрации кислорода в полупроводниковой промышленности.

С другой стороны, национализация таких приборов стала насущной необходимостью на национальном стратегическом уровне. В настоящее время оборудование для анализа микрокислорода по - прежнему в основном зависит от импорта из Европы, США и Японии. Согласно требованиям « Доклада о работе правительства» за 2025 год, прорыв ключевых основных технологий и продвижение отечественной замены имеют большое значение для обеспечения безопасности промышленной цепочки.

Решения и инновационные практики для четырехсторонних приборов

Четырехсторонние приборы давно сосредоточены на разработке и продвижении датчиков оксида циркония и газоанализаторов. Чтобы удовлетворить растущий спрос на низкоконцентрационное обнаружение кислорода в полупроводниковой и электронной промышленности, компания успешно разработала низкоконцентрационный анализатор кислорода серии Gasboard - 3050. Серия имеет разрешение 0,1 ppm, диапазон от 0 - 10 ppm до 100% Oneneneed, оснащена полевым сертифицированным датчиком оксида циркония, обладает отличными характеристиками воспроизведения и высокой скоростью отклика.

Рисунок 1 Четырехсторонняя линия по производству фотоэлектрических датчиков оксида циркония и чипов различных типов датчиков оксида циркония

2.1 Принцип работы датчика оксида циркония

Оксид циркония - отличный твердый электролитный материал. Традиционный датчик оксида циркония состоит из пористой высокотемпературной керамической электролитной трубки, внутренняя и внешняя стенки которой покрыты пористым платиновым слоем, соответственно, в качестве катода и анода. Датчик оснащен высокопроизводительным керамическим нагревателем и термопарным зондом для поддержания контролируемой высокотемпературной среды (обычно 650°C).

Рисунок 2 Принципиальная схема кислородного датчика оксида циркония

Когда температура достигает рабочей точки, ионы кислорода в оксиде циркония становятся очень активными и могут быстро перемещаться, чтобы сбалансировать разность кислорода с обеих сторон. Если разделение кислорода с обеих сторон различно, то между электродами возникает разность потенциалов, размер которой соответствует уравнению Энштедта:

А

Среди них E - электродвижущая сила (V), R - газовая константа, T - абсолютная температура (K), F - константа Фарадея, P ₁ и Pneneneed - разделение кислорода с обеих сторон соответственно.

2.2 Анализатор микрокислорода Gasboard - 3052

Модель спроектирована с использованием датчиков дальнего действия на месте и особенно подходит для сценариев, требующих постоянного мониторинга концентрации кислорода, таких как полупроводниковые устройства, бардачки, азотные трубопроводы, вакуумные полости и другие низкокислородные / анаэробные среды. Датчики могут быть установлены непосредственно в вакуумных полостях через вакуумные соединения и широко используются в производстве полупроводников, производстве OLED, 3D - печати и других промышленных ситуациях, в которых используются инертные газы. Его датчик оксида циркония имеет длительный срок службы и высокую стабильность и может быть заменен в течение многих лет при соответствующих условиях обслуживания.

Рисунок 3 Анализатор микрокислорода Gasboard - 3052

Основные характеристики продукции:

• Измерение: 0,1 ppm ~ 1000 ppm, покрывает большинство потребностей мониторинга полупроводниковых вакуумных полостей;

• фланцевый интерфейс, т.е.

• долговечные низкотемпературные датчики оксида циркония;

• Поддержка работы в вакуумной среде;

• Коэффициент утечки < 1×10⁻mbar L / s.

2.3 Анализатор кислорода Gasboard - 3053

Эта модель представляет собой интегрированную конструкцию с откачкой и включает в себя широкий диапазон датчиков оксида циркония, блок предварительной обработки и насос отбора проб, подходящий для различных сценариев применения, кроме реальных полостей тела, таких как печь обратной сварки в процессе SMT.

Рисунок 4 Анализатор кислорода Gasboard - 3053

Основные характеристики продукции:

• Широкий диапазон измерений: 0,1 ppm ~ 100%, адаптация к случаям больших колебаний концентрации;

• Адаптивная адаптация к изменению давления: встроенный датчик давления, который компенсирует небольшие изменения давления газа и обеспечивает стабильность показаний;

• Применяется для восстановительной атмосферы: когда образцы содержат горючие вещества, платиновый катализатор обеспечивает равновесие газа до контакта с электродами, что позволяет точно измерять общее содержание кислорода.

3.Типичный сценарий применения

Четырехсторонние приборы серии Gasboard - 3050 удовлетворяют подавляющее большинство потребностей в мониторинге концентрации кислорода в полупроводниках и смежных областях, и типичные виды применения включают, но не ограничиваются: