半导体制程与设备

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1、真空概論•何謂真空？•真空等級任何比大氣環境存在較少氣體–粗真空(RoughVacuum)之空間。半導體製程與設備760~1torr•如何產生真空？–中真空(MediumVacuum)Unit3:PlasmaBasics從一個固定容器內移走空氣或1~10-3torr其他氣體。–高真空(HighVacuum)•何謂壓力？10-3~10-7torr單位面積所承受之垂直力。–超高真空(Ultra-High–標準大氣壓Vacuum)中原大學機械工程學系–半導體工業上以Torr為壓力量10-7torr以下測單位張耀仁–1atm=760mm

2、Hg=14.7psi=760torrjustin@cycu.edu.twJustinY.Chang,Ph.D.JustinY.Chang,Ph.D.真空原理真空系統•理想氣體(IdealGas)⎯不考慮氣體分子間的作用力•化學氣相沉積(CVD)⎛n⎞–控制在層流區間，使分子間的碰撞得以發生，而產生反應以進行薄p=⎜⎟RT膜沉積，但又不會發生擾流特有的漩渦，而影響沉積層的均勻度。⎝V⎠–p:容器壓力,R:氣體常數,T:溫度,n:氣體分子數,n/V:氣體分子濃度•濺鍍(Sputtering)與乾式蝕刻(DryEtching)–容器壓

3、力為容器壁表面因氣體分子撞擊所產生之壓力–通常維持於非常低之基準壓力(BasePressure)下，以防止雜質對製–氣體分子濃度⇔容器壓力⇔氣體分子平均自由徑程的影響。但在進行反應時，為了利用電漿內分子與電子間碰撞以產生離子，其操作環境將在層流流動及奴得森(Knudsen)流動區間•氣體分子平均自由徑極小於容器壁尺寸內。–氣體分子的運動或流動與其他氣體分子有關⇒黏性流動:層流與擾流•離子植入(IonImplantation)與掃描式電子顯微鏡(Scanning•氣體分子平均自由徑大於容器壁直徑ElectronMicroscope

4、)–氣體分子與容器壁的接觸⇒分子流動–為了預防離子束與電子束遭受碰撞而分散，其操作壓力維持於分子•氣體分子平均自由徑與容器壁尺寸相當流動區間內。–奴得森(Knudsen)流動JustinY.Chang,Ph.D.JustinY.Chang,Ph.D.VacuumBenefitsofVacuumBelljarGasVacuumConditionBenefitInletChamberCreatecleanenvironmentParticles,unwantedgases,moistureandGascontaminantsarer

5、emovedbyavacuummoleculespumpExhaustTubeofconductanceLowmoleculardensityReducethenumberofmoleculesinthesystemtoreducecontaminationandtomoveIsolationPumpagasoutoftheway(lowermolecularvalveinterference)VacuumpumpExtenddistancebetweenNecessaryconditionforcreatingtheplasm

6、a•RoughingPumpcollisionsofmolecules(Meanneededinsemiconductorprocessessuchas–DryMechanicalPumpFreePath)sputteringandetchEarly1960sVacuumBellJar–Blower/BoosterPumpAcceleratereactionsVacuumhelpsaccelerateprocessesbyloweringthevaporpressureofmaterials,so•HighVacuumPumpt

7、heycanreactfasterwithotherchemicals–TurbomolecularPumpCreateaforceVacuumcreatesaforce,suchasavacuum–Cryopumppick-uponarobotarmJustinY.Chang,Ph.D.JustinY.Chang,Ph.D.1VacuumRangesRoughingPumpVacuumRangesinTorrWaferFabRoughMediumHighUltraHighProcesschamberProcesses759–1

8、00100–10-310-3–10-610-6–10-9OxidationPhotoPolishEtchHi-vacvalveDepositionMetallizationHi-vacpumpRoughingpumpImplantationMetrologyJu