層流壓差式氣體質(zhì)量流量控制器：為半導(dǎo)體制造提供精準(zhǔn)的氣體流量控制

來源：陜西易度智能科技有限公司      分類：應(yīng)用方案 2025-04-17 13:10:43 35閱讀次數(shù)

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一、工作原理與核心技術(shù)

層流壓差式流量計基于哈根-泊肅葉定律，通過將湍流轉(zhuǎn)化為層流狀態(tài)，利用壓差與流量的線性關(guān)系實現(xiàn)精準(zhǔn)測量。其核心組件包括精密層流元件和壓差傳感器，通過實時計算兩點間的壓差推算流量值。與傳統(tǒng)流量計相比，其優(yōu)化設(shè)計的層流元件可避免湍流干擾，顯著提升測量精度。

二、核心優(yōu)勢解析

1.高精度與穩(wěn)定性

測量精度可達(dá)±0.5% RD，在低流量范圍（如mL/min級）仍保持穩(wěn)定，滿足半導(dǎo)體工藝對氣體濃度的嚴(yán)苛要求。

層流狀態(tài)的設(shè)計保障了長期穩(wěn)定性，減少校準(zhǔn)頻率，適用于連續(xù)生產(chǎn)場景。

2.快速響應(yīng)能力

毫秒級響應(yīng)速度（依賴壓力波傳播），可適配原子層沉積（ALD）等工藝中毫秒級氣體切換需求。例如，在等離子刻蝕中，實時調(diào)控Cl?/SF?比例，將刻蝕速率波動控制在0.3nm/min以內(nèi)。

3.環(huán)境適應(yīng)性

工作溫度范圍覆蓋-80℃至110℃，耐壓達(dá)2.5MPa，適應(yīng)半導(dǎo)體設(shè)備的高低溫與高壓工況。

采用316L不銹鋼、氟橡膠等耐腐蝕材質(zhì)，可長期耐受Cl?、HF等劇毒氣體的侵蝕。

4.抗污染與多功能性

層流元件設(shè)計有效阻隔顆粒物污染，在光刻機(jī)內(nèi)部復(fù)雜環(huán)境中仍保持高效性能。

支持混合氣體測量與70余種氣體數(shù)據(jù)庫切換，滿足實驗室與工業(yè)場景的靈活需求。

三、半導(dǎo)體制造中的關(guān)鍵應(yīng)用案例

1.光刻工藝：氮?dú)馀c氟化氫的精準(zhǔn)控制

在光刻曝光過程中，層流壓差式流量計實時監(jiān)測氮?dú)馀c氟化氫流量，確保氣體濃度穩(wěn)定。例如，某頭部芯片廠通過該技術(shù)將曝光均勻性提升至99.8%，晶圓良率提高15%。

2.刻蝕工藝：氧氣與氬氣的動態(tài)配比

刻蝕速率受氣體流量直接影響。某代工廠采用該流量計調(diào)節(jié)O?/Ar比例，將刻蝕速率波動從±5%降至±0.5%，減少晶圓邊緣損傷。

3.化學(xué)氣相沉積（CVD）：薄膜厚度的納米級控制

在氮化硅薄膜沉積中，通過精準(zhǔn)控制SiH?/NH?流量配比，薄膜厚度均勻性達(dá)到±1%，顯著降低器件漏電流。

4.特氣輸送與泄漏檢測

在氫氣輸送中，流量計實現(xiàn)泄漏率低于1011 Pa·m3/s的檢漏級控制，杜絕爆燃風(fēng)險，保障Fab廠安全。

四、國產(chǎn)化突破與技術(shù)趨勢

1.國產(chǎn)替代案例

某國產(chǎn)設(shè)備廠商自主研發(fā)層流壓差式MFC，覆蓋0.5sccm~5000slpm全量程，精度對齊國際大廠，交付周期從8個月縮短至6周。

在碳化硅襯底制造中，國產(chǎn)MFC將外延片厚度波動壓制在0.5μm內(nèi)，實現(xiàn)反向出口歐美。

2.未來發(fā)展方向

智能化集成：觸屏操作、RS485通訊等功能提升工業(yè)場景集成效率。

量程擴(kuò)展：開發(fā)分辨率達(dá)0.1mL/min的微型化產(chǎn)品，適配更精細(xì)的工藝需求。

層流壓差式流量計憑借其原子級精度與工業(yè)級可靠性，已成為半導(dǎo)體制造的“隱形守護(hù)者”。從光刻到刻蝕，從特氣輸送到國產(chǎn)化突破，其技術(shù)演進(jìn)不僅推動了芯片良率的躍升，更成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)競爭中的關(guān)鍵籌碼。

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