半導體化學氣相沉積製程

高精度模組化溫控器 - 優化半導體化學氣相沉積製程

化學氣相沉積 (CVD,Chemical Vapor Deposition) 是半導體製程中不可或缺的一環。在高溫的化學氣相沉積爐中,利用氣態前驅化學物質在晶圓表面發生化學反應並形成高純度、高性能的固體薄膜。製程中需要對反應爐管的溫度、濕度、氣體濃度、壓力進行精密控制,才能確保高品質的製程結果。

爐管反應腔體內穩定的高溫環境,是形成均勻且高品質薄膜與優化產能的重要條件。晶圓在爐管中容易因為高溫熱應力產生扭曲或破裂,隨著晶圓尺寸不斷增大,材料損耗成本將大幅增加。此外,若晶圓破裂導致晶粒掉入設備中,設備需要停機清理,不僅降低生產效率,還造成產能損失。因此,更精準的溫度控制至關重要,避免材料成本和生產效能上的雙重耗損。

解決方案介紹

化學氣相沉積設備常見溫控痛點

爐管加熱延遲

溫度誤差

爐管加熱不均
隨著晶圓尺寸日益增大,無論是垂直式或水平式的反應爐管,其尺寸也都日趨加大。再加上爐管中的多重介質、氣體與流速等複雜因素,整個系統的溫度非線性特性與加熱延遲現象更加明顯,這使得精準掌握測溫與控溫更具挑戰性。

此外,由於 CVD 設備的爐管反應腔體積相當大,溫度傳感器安裝位置與實際化學反應的位置通常會有一定距離,且加熱爐管的工作溫度範圍可高達 1,000°C,考量到溫度感測器的非線性特性,如僅以簡易的偏移誤差 (Offset Error)、增益誤差 (Gain Error) 補償溫差,將無法精密補償所有溫度量程的誤差。

另外,爐管一般具 3 至 5 段的加熱區,為確保各加熱段能快速升溫至目標溫度且不超溫,對控制器的反應速度與精準度的要求將更趨嚴格。在如此大型的加熱爐管中,所需要關注的參數可能多達數千筆,如何在設備前端針對溫度參數進行高效監控與即時報警,並確保穩定且均勻地加熱,將是設備製造商的一大挑戰。
 
產品特色
 
痛點:爐管加熱延遲
串級控制

溫控器 DTDM 支援串級控制,透過多個溫度感測器監測爐內和加熱線圈的溫度,運用外迴路與內迴路高速計算出目標溫度 (SV) 和當前溫度 (PV),並即時輸出控制命令。利用內迴路快速響應與低延遲的特性,快速消除系統內的干擾,達到穩定控溫的效果。





 
痛點:溫度誤差
溫度校正折線表、±0.1% 檢測精

度、10 ms 輸入採樣


為了解決溫度感測器非線性的特性, 溫控器 DTDM 提供多達 14 個溫度校正點的折線表功能 (Linearization Table),讓使用者依現場應用所需,利用轉折點或偏移量,針對需要補償的的溫度點自行定義校正值。此外,溫控器 DTDM 具備 ±0.1% 檢測精度與 10 ms 高速輸入採樣週期,利用更精細的溫度監控避免爐管溫度的波動,精準掌握爐管內溫度的變化過程。




 
痛點:爐管加熱不均
模組化擴充
溫控器 DTDM 採模組化設計,專為日趨龐大的化學氣相沉積設備而打造,設備製造商可透過量測擴充機與 DI、DO、繼電器和通訊模組,將溫控系統擴充至多達 32 組 PID 控制迴路和 128 個通道輸出,實現全面性溫度監測與控制。



 
多通道溫差報警
溫控器 DTDM 支援多通道溫差報警,使用者選定特定通道來監測爐管或晶圓溫度,當這些溫度通道的溫度差距超過設定的閥值,溫控器 DTDM 會立即發出警報,並自動且立即執行預設的反應動作,減少不良品的產出。