Problemer med ensartethed på wafers med større diameter ved opvarmning af en halvleder

Problemer med ensartethed på wafers med større diameter ved opvarmning af en halvleder
Udfordringen med at opretholde temperaturhomogenitet gennem hele overfladen er vokset uforholdsmæssigt, da waferbredderne er steget fra 200 mm til 300 mm og derover. Kant-til-temperaturforskelle bliver mere mærkbare, når en halvlederwafer med en større diameter kommer ind i et proceskammer, og opvarmningen starter, fordi varmetabet ved periferien kun skalerer med omkredsen, hvorimod den termiske masse stiger med kvadratet af radius. Målbare ændringer i lagtykkelse, ætsningshastighed eller doteringsmiddelaktivering frembringes nu af selv små gradienter, der var acceptable på mindre wafere.
Patronvarmere bruger distribueret multi-zonearrangement inde i pladen eller susceptoren for at løse dette skalerbarhedsproblem. For at opveje de højere kanttab, der ses på større platforme, kan strømmen styres lokalt ved at placere flere enheder på forskellige radiale steder og køre hver med separat PID-kontrol. Ved at arbejde med en lidt større gennemsnitlig effekt eller tæthed end dens midterækvivalent kan en patronvarmer mod periferien opveje de øgede strålings- og ledningstab uden at producere hot spots. Erfaring med 300 mm værktøj viser, at når mængden og placeringen af ​​varmelegemer er tilpasset patronens reelle termiske profil, kan temperaturvariationen holdes inden for ±0,5 grader.
Watt-tæthed er stadig en afgørende faktor. Til normale metalbelastninger giver densiteter, der holdes mellem 5 og 7 W/cm², tilstrækkelig autoritet til korrektion, samtidig med at man undgår de høje interne temperaturer, der fremskynder oxidation under kontinuerlig drift. På store plader er tæt boring endnu mere afgørende, da enhver luftspalte øger den termiske modstand og får individuelle varmeapparater til at fungere varmere end deres naboer, hvilket genindsætter de gradienter, som multi-zonestrukturen er beregnet til at fjerne. Hver patronvarmer har integrerede termoelementer, der giver direkte kappedata til controlleren, hvilket muliggør hurtig korrektion, før overfladetemperaturen afviger fra indstillingspunktet.
Langsigtet-homogenitet påvirkes også af tætning og materialevalg. Tusindvis af cyklusser vedligeholdes af kappelegeringer udvalgt for deres høje-temperaturstyrke og lave udgasning. Den kumulative fugt, der ellers ville trænge ind under afkøling- og udvide sig under den efterfølgende varmecyklus, og gradvist ændre den termiske følsomhed af bestemte zoner, er afskærmet fra magnesiumoxidisoleringen af ​​hermetiske forseglinger. Uden at forårsage mekanisk slitage muliggør solid-omskiftning de mange små effektjusteringer, der er nødvendige for stor-diameterkontrol.
Hvorvidt den tilsigtede konsistens opnås i produktionen afhænger af installationsprocedurerne. Lokale abnormiteter, der viser sig som radial uensartethed på waferen, kan være forårsaget af overdimensionerede monteringshuller, rester af bearbejdningsaffald eller ufuldstændig indføring af den opvarmede længde. De grundlæggende procedurer, der opretholder konstant termisk ydeevne, omfatter rengøring før-installation, dimensionskontrol af hver boring og isolationsmodstandstest over 50 MΩ ved 500 VDC. Efter eventuelt elektrisk arbejde skal spændingsbalancen på tværs af alle zoner verificeres, fordi selv små variationer i forsyningen på store platforme resulterer i detekterbare temperaturafvigelser.
Procesvinduer forbliver åbne, og enhedens ydeevne forbliver konstant fra centrum til kant, når en halvlederwafer med en bredere diameter opvarmes under disse omstændigheder. Det praktiske resultat er, at i stedet for blot at skalere fra mindre værktøjer, skal varmeapparaturarrangement, tæthed og zonetal designes omkring pladens unikke termiske masse og-varmetabsegenskaber. For at opretholde den konsistens, der kræves til avanceret-nodefremstilling, kræver forskellige patronmaterialer, waferstørrelser og procestemperaturer proportionalt modificerede patronvarmeropsætninger.