Ứng dụng chân không sản xuất chất bán dẫn

 

A. Vai trò của hút chân không trong sản xuất chất bán dẫn

 

B. Ứng dụng chân không sản xuất chất bán dẫn

Tạo màng mỏng (Thin film deposition)

Tại các công đoạn tạo màng mỏng, chân không đóng vai trò như môi trường nền để lớp vật liệu được lắng đọng sạch và ổn định. Khi áp suất trong buồng giảm, lượng hơi nước, oxy và tạp chất hữu cơ trong không khí cũng giảm mạnh, nhờ đó hạn chế hiện tượng nhiễm bẩn và oxi hoá bề mặt, đây là những yếu tố có thể làm tăng khuyết tật, thay đổi điện trở suất hoặc làm suy giảm độ bám dính của màng.

Với ứng dụng PVD (sputtering/evaporation), chân không giúp các nguyên tử ion di chuyển ít va chạm hơn, hỗ trợ độ đồng đều và chất lượng màng. Còn CVD và PECVD, việc kiểm soát áp suất trong buồng giúp điều chỉnh động học phản ứng và độ phủ bậc. Với ALD, chân không kết hợp purge hiệu quả giúp loại khí dư giữa các xung tiền chất để đạt độ dày chính xác theo từng chu kỳ.

Khắc (Etch)

Ở quá trình khắc khô, chân không là yếu tố quyết định để hình thành và duy trì plasma ổn định, đồng thời kiểm soát năng lượng và hướng đi của ion tác động lên wafer. Khi áp suất được hạ thấp và điều chỉnh đúng dải, ion có xu hướng “đi thẳng” hơn, giúp tạo biên dạng khắc sắc nét, vách thẳng và cải thiện độ chọn lọc giữa lớp cần khắc với lớp mask.

Trong các hệ khắc khô như RIE – ICP, áp suất trong buồng thường được giữ ổn định nhờ van điều tiết và cảm biến đo áp suất. Hiểu đơn giản, hệ này có thể “tự chỉnh” để áp suất không lên xuống thất thường, nhờ vậy quá trình khắc đều hơn và giảm các lỗi như khắc lẹm vào hai bên, vách bị cong, phình hoặc hình dạng rãnh khắc thay đổi dần theo thời gian.

Ngoài ra, nhiều công thức khắc tạo ra khí và cặn phụ có tính ăn mòn hoặc dễ bám dính lên thành buồng và đường ống. Vì thế, hệ chân không không chỉ cần hút đạt áp mà còn phải hút đủ nhanh và xả khí tốt, để cuốn các sản phẩm phụ ra ngoài kịp thời. Dây chuyền làm tốt việc này sẽ giúp giảm bám cặn, giảm hạt bụi và tránh tình trạng thông số khắc bị trôi dần theo thời gian (máy chạy một lúc thì kết quả khác lúc đầu).

Cấy ion và xử lý bằng chùm hạt

Với cấy ion và các quá trình dùng chùm hạt, chân không cao là điều kiện để chùm ion electron truyền đi ổn định mà không bị tán xạ bởi các phân tử khí còn lại trong buồng. Nếu áp suất nền không đủ thấp, chùm hạt sẽ dễ bị lệch hướng hoặc mất năng lượng, dẫn đến sai lệch liều implant, thay đổi độ sâu cấy và làm giảm độ lặp lại giữa các mẻ.

Duy trì chân không tốt cũng giúp hạn chế nhiễm bẩn bề mặt trong khi xử lý, đặc biệt với các bước nhạy cảm nơi chỉ một lượng nhỏ hydrocarbon hoặc hơi nước cũng có thể ảnh hưởng đến đặc tính điện và độ tin cậy của thiết bị.

Làm sạch bề mặt và tiền xử lý

Trước khi chuyển sang các bước như phủ màng (lắng đọng), khắc, hay liên kết wafer, bề mặt wafer cần được chuẩn bị để sạch và đúng trạng thái. Việc này thường được làm bằng các bước tiền xử lý trong môi trường được kiểm soát.

Môi trường chân không giúp hút giảm bớt hơi ẩm bám trên bề mặt và giảm khí thoát ra từ vật liệu (hơi nước, chất bay hơi từ đồ gá, gioăng, lớp vật liệu…). Đồng thời, chân không cũng tạo điều kiện cho các bước làm sạch bằng plasma để đốt hay loại bỏ các chất bẩn hữu cơ hoặc cặn photoresist còn sót lại sau các bước trước đó.

Nếu các bước tiền xử lý này được thực hiện ngay trong cùng một hệ máy (tức wafer đi từ buồng này sang buồng khác mà vẫn ở trong môi trường kín), wafer không phải đem ra ngoài không khí giữa các công đoạn. Nhờ vậy, bề mặt ít bị oxi hoá lại và ít bị bám bẩn trở lại, giúp lớp màng phủ sau đó bám chắc hơn và giảm lỗi/hạt bụi/khuyết tật ở các lớp tiếp theo.

Lithography, Resist processing có liên quan chân không

Trong quang khắc Lithography và các bước xử lý photoresist, chân không thường được dùng theo kiểu hút giữ và cố định wafer chứ không cần “chân không sâu” như khi phủ màng PVD hay các thiết bị phân tích. Wafer thường được đặt lên một mâm hút chân không để wafer nằm phẳng và không bị xê dịch trong lúc quay phủ resist, căn chỉnh  và phơi sáng. Nhờ giữ chắc như vậy, hình ảnh in lên wafer đúng vị trí hơn, giảm lệch lớp overlay và giảm sai số do wafer bị cong hoặc trượt.

Ở một số bộ phận và cấu hình máy, chênh lệch áp suất hoặc hút chân không tại chỗ còn giúp giữ ổn định, giảm rung lắc, đồng thời hạn chế lỗi do tiếp xúc không đều hoặc bọt khí phát sinh ở một số bước. Với các hệ track coat develop (phủ resist và hiện ảnh), hệ hút cũng hỗ trợ hút và dẫn khí thải hoá chất ra ngoài, giúp môi trường xử lý sạch và ổn định hơn, từ đó quy trình chạy sản xuất ít lỗi và lặp lại tốt hơn.

Kiểm tra, đo lường, phân tích trong chân không

Nhiều chuyên gia kiểm tra và phân tích vật liệu trong bán dẫn cần môi trường chân không để đạt độ phân giải cao và đảm bảo kết quả đo không bị sai lệch do nhiễm bẩn. Với SEM – TEM, chân không giúp chùm electron không bị tán xạ bởi khí nền, nhờ đó hình ảnh rõ và độ phân giải tốt hơn.

Với các phương pháp phân tích bề mặt như XPS/AES/SIMS, yêu cầu chân không càng quan trọng vì bề mặt mẫu rất nhạy. Nếu còn hơi nước hoặc hydrocarbon trong buồng, chỉ trong thời gian ngắn cũng có thể tạo một lớp nhiễm mỏng làm lệch tín hiệu đo. Ngoài việc phục vụ đo lường, việc theo dõi thành phần khí nền cũng giúp phát hiện outgassing hoặc rò rỉ, hỗ trợ kiểm soát độ sạch và độ ổn định thiết bị.

Liên kết wafer và packaging nâng cao

Ứng dụng liên kết wafer và các công đoạn đóng gói nâng cao, chân không được dùng chủ yếu để giảm bọt khí, khoảng rỗng và kiểm soát hơi ẩm. Hai nguyên nhân này rất hay làm mối liên kết yếu đi, dễ hỏng sau thời gian dài. Khi bonding trong môi trường áp suất thấp, phần khí bị kẹt giữa hai bề mặt sẽ được đẩy ra dễ hơn, nhờ vậy hai wafer áp sát tốt hơn, diện tích tiếp xúc thật tăng lên và giảm nguy cơ bong tách hoặc nứt vỡ sau khi trải qua các lần gia nhiệt hay làm nguội.

Nhu cầu đóng gói trong chân không với các linh kiện MEMS (cảm biến, con quay, micro…) rất cần thiết và quan trọng. Đóng gói trong chân không hoặc trong môi trường khí được kiểm soát giúp linh kiện giữ đúng đặc tính theo thiết kế. Hiểu đơn giản, ít không khí bên trong sẽ làm giảm “lực cản” lên phần tử chuyển động, giúp tín hiệu ổn định hơn và tăng độ bền theo thời gian.

Xử lý nhiệt có chân không (Vacuum thermal processing)

Xử lý nhiệt trong môi trường chân không giúp hạn chế tối đa việc vật liệu phản ứng với oxy và hơi nước khi nung nóng. Khi không còn không khí trong buồng, bề mặt wafer và các lớp vật liệu sẽ không bị oxi hoá hay bị ảnh hưởng bởi ẩm trong lúc gia nhiệt. Đồng thời, chân không cũng giúp kéo các khí và chất bay hơi ra ngoài (khử khí) từ wafer, vật liệu,đồ gá và khay đỡ.

Các bước như sấy chân không giúp loại bớt hơi ẩm và chất dễ bay hơi bám trên bề mặt. Nhờ vậy, khi chuyển sang các công đoạn cần chân không cao (ví dụ phủ màng hoặc đo phân tích), thiết bị sẽ ít bị xì khí từ vật liệu hơn, thời gian hút xuống áp suất mục tiêu nhanh hơn, và kết quả chạy máy ổn định, công đoạn lặp lại tốt hơn.

Trong một số quy trình, người ta còn xử lý nhiệt trong chân không hoặc chân không kết hợp khí trơ (nitơ, argon) để kiểm soát tốt hơn bề mặt và tính chất của lớp màng, điện cực sau khi ủ nhiệt. Cách này cực kỳ hữu ích khi yêu cầu độ sạch cao và cần thông số vật liệu ổn định giữa các mẻ sản xuất.

Vận chuyển wafer trong môi trường chân không

Các một cụm nhiều buồng xử lý, việc vận chuyển wafer trong môi trường chân không giúp giữ wafer luôn “sạch” khi đi từ bước này sang bước khác, mà không phải đưa ra ngoài không khí. Nhờ vậy, wafer ít bị dính bụi, hơi ẩm hay các tạp chất trong môi trường bên ngoài.

Bộ phận load lock đóng vai trò như một  phòng đệm. Wafer được đưa vào load lock từ bên ngoài, sau đó hệ thống sẽ hút xuống áp suất thấp hoặc xả khí trở lại theo quy trình đã kiểm soát. Cách làm này giúp wafer vào hệ chân không một cách mượt mà hơn, giảm sốc áp và hạn chế mang theo tạp chất vào các buồng xử lý chính.

Sau khi qua load lock, robot chuyển wafer trong khoang chuyển sẽ đưa wafer lần lượt qua các buồng như làm sạch trước, phủ màng, khắc, làm nguội… Tất cả đều diễn ra trong không gian kín.

C. Các giải pháp của Vamaco dành cho ngành công nghiệp sản xuất chất bán dẫn

Công ty Vamaco tập trung phát triển các giải pháp chân không hướng đến yêu cầu cốt lõi của ngành bán dẫn. Với kinh nghiệm tập trung vào hệ thống chân không công nghiệp, Vamaco sản xuất và cung cấp đa dạng các dòng bơm và cấu hình vận hành tối ưu cho môi trường nhà máy bán dẫn tại Việt Nam.

Vamaco sản xuất bơm hút chân không tích hợp biến tần, phù hợp cho các ứng dụng cần điều chỉnh linh hoạt theo tải và theo chu trình công nghệ (pump-down, giữ áp, purge, vận chuyển wafer…). Nhờ khả năng thay đổi tốc độ bơm theo thời điểm, hệ thống có thể giữ áp ổn định hơn, giảm tình trạng hút quá mức không cần thiết, đồng thời hỗ trợ tối ưu thời gian hút xuống áp suất mục tiêu, giúp quy trình vận hành trơn tru và hiệu quả hơn. Việc điều khiển bằng biến tần cũng góp phần giảm tiêu thụ điện, giảm ồn, giảm rung và kéo dài tuổi thọ thiết bị khi phải chạy liên tục.

Vamaco được định vị là thương hiệu dẫn đầu về giải pháp chân không cho các ứng dụng sản xuất chất bán dẫn, đồng hành cùng doanh nghiệp trong việc nâng cao độ ổn định quy trình, giảm lỗi do nhiễm bẩn và tối ưu hiệu suất vận hành hệ thống.

D. Liên hệ ngay Vamaco để nhận tư vấn bơm hút chân không sản xuất chất bán dẫn

Chúng tôi sẵn sàng tư vấn và đề xuất giải pháp bơm hút chân không phù hợp cho từng ứng dụng bán dẫn, từ buồng load lock, vận chuyển wafer trong chân không, khắc khô, phủ màng mỏng… Đội ngũ kỹ thuật của Vamaco hỗ trợ khảo sát yêu cầu thực tế, phân tích thông số công nghệ và đưa ra cấu hình bơm tối ưu, đảm bảo hoạt động ổn định, sạch, hiệu quả năng lượng.

Liên hệ ngay Vamaco để được tư vấn chi tiết về bơm hút chân không cho ngành sản xuất chất bán dẫn và nhận giải pháp phù hợp nhất cho dây chuyền.

• VAMACO – Thương hiệu bơm hút chân không Việt Nam
• Hotline mua hàng Doanh nghiệp (ZALO):
• Email mua hàng Doanh nghiệp: sales@dreamvietnam.com.vn