碳化硅外延设备检漏技术研究与应用.pdf

第期(总第 期)年月机 械 工 程 与 自 动 化ME CHAN I C A LE N G I N E E R I N G&AUT OMA T I ONN o A u g 文章编号:()碳化硅外延设备检漏技术研究与应用盛飞龙,徐俊,郭嘉杰,吴彩庭,刘欣,吴帆(季华实验室,广东佛山 )摘要:碳化硅外延设备是囊括了高温、真空、运动、气体、电路、水冷等多学科、高危险的精密复杂设备.碳化硅外延生长需要在高温、低真空的环境下通入易燃易爆有毒工艺气体,因此设备的密封性尤为重要.介绍了利用控制系统对碳化硅外延设备自动检漏的方法,能够方便维护人员进行操作,大大缩短检漏时间.关键词:真空检漏技术;碳化硅外延设备;控制系统中图分类号:TN 文献标识码:B季华实验室基金项目(X T C )收稿日期:;修订日期:作者简介:盛飞龙(),男,湖南衡阳人,工程师,硕士,主要从事半导体设备电气控制研究.引言半导体设备基本都涉及到加热真空,碳化硅外延设备尤其如此,在温度 以上及压力 k P a的低真空环境中通入氢气、碳源、硅源等易燃易爆的有毒气体进行生长反应.一旦发生泄漏,轻则外延生长质量欠佳,重则出现重大人员设备安全问题.因此,本文介绍如何准确、方便、快速、高效地进行碳化硅外延设备维护检漏,以缩短维护周期,提升使用效率.碳化硅外延设备气路结构碳化硅外延设备气路示意图如图所示,中间带有感应线圈和气浮座的为反应室,反应室的进气口位于右侧,排气口在左下方.该设备一共包含了H、A r、源(N、T C S、S i H、CH、HC l、TMA l,图中示意只画了一 条管路)种气体,所有气体 都可 以 排 入RUN(运行)管道和V E NT(废排)管道;通入A r的目的是吹扫管路,故A r与所有的源气体管路通过隔膜阀(如P V )相连;H作为刻蚀气体和载气.进气口主要由MF C(质量流量计)、P V(隔膜阀)、MV(手动阀)组成;排气口包括蝶阀、插板阀、分子泵、隔膜 阀、前 级 泵 和 工 艺 泵 等,最 后 气 体 都 经 过S c r u b b e r(洗涤塔)进行废气处理.图中,P G、P G、P G 为压力规.碳化硅外延设备检漏方法检漏一般包括内漏和外漏的检测.外漏检测常用的方法包括气泡检漏法、红外成像检漏法和氦质谱检漏仪法,其中氦质谱检漏仪在半导体真空检漏中使用非常广泛,它具有穿透性强、灵敏度高、稳定性好的特点.本文介绍的外漏检测方法采用氦质谱检漏仪配合控制系统进行一键操作,大大提高了捡漏效率.内漏检测是在完成外漏检测的基础上继续启动检测,利用保压原理循序渐进地进行检查.外漏检测外漏检测控制流程如图所示.在图左侧堵头的位置接入氦质谱检漏仪,其中外漏检测分为两个部分,首先为反应室的泄漏检测,然后在此基础上再逐个打开气路进行氦气检测.图碳化硅外延设备气路示意图当准备工作完成后,点击操作界面上的“泄漏检测”按钮,三角形启动图标变成暂停图标,具体外漏检测步骤如下:()操作界面弹出提示框“确认氦质谱检漏仪已经正确接入,所有手阀正确关闭”.()确认完 成后,工艺泵、插板阀、P V、蝶 阀、P V(粗抽阀)、细抽阀逐级启动,将反应室抽成低真空状态.()低真空状态完成后,依次打开前级泵、P V、分子泵,提示“可打开氦质谱检漏仪”,同时关闭P V、P V、细抽阀;用高纯度的氦气喷在衔接处,如果存在泄漏,则氦气能够渗入器件被抽取的氦质谱检漏仪检测到.()若检测到某个位置出现泄漏,再次点击操作界面“泄漏检测”按钮,暂停图标变为启动图标,流程进入到暂停检漏;找到漏点进行紧固后再点击“泄漏检测”按钮,启动图标变为暂停图标,则继续漏点检测.()若检测没有漏点,则打开气路进行检测,直到所有的气路检测完成.()气路全部打开经氦质谱检漏仪检测后,腔室和管道为真空环境,关闭所有的阀门,分段查看压力数值;保压时间内压力无增加,则外漏检测完成.根据经验,外漏一般发生在经常动作的位置,如经常开关的手阀、进行维护时腔体的分离位置和管道器件拆卸位置等.图外漏检测控制流程 内漏检测当外漏检测完成后,系统会提示“是否进行内漏检测”,若确认则开始内漏检测流程如图所示,具体流程如下:()提示“是否进行内漏检测”.()提示“打开进气手阀”,同时依次关闭P V、分子泵、P V、前级泵.()对漏点进行检查(通常内漏需要拆卸更换器件).()逐 级 打 开 单 条 气 路 中 不 同 层 级 的P V和MF C,直到与RUN或V E NT回路只有一个P V进行隔离;待所有的气路检查完毕,内漏检测完成.内漏通常发生在伴随有气体冲击、热腐蚀、粉尘颗粒多的环境中,在初始设计的基础上进行改进和提升,后期需要定期进行维护检查并更换器件.检漏结果在将整个气路和腔室抽完以后进行真空保压,每s采集一个压力数据,得到反应室压力P G、V E NT管路的压力P G、分子泵管路压力P G 的曲线如图所示.由于氦质谱检漏仪接在分子泵附近位置,V E N T是经过反应室进行检漏,因此分子泵的压力最低,反应室次之,V E N T管路最高.所有腔室管路压力波动很小,外漏检测正常.当外漏检测完成以后,给管道从气源方向逐级充压,分别保压 m i n,得出的反应室、分子泵、废排管路压力曲线如图所示.其中废排管路和反应室的压力有轻微的增加,但是分子泵的压力上升非常明显.最终查出是P V 内漏所致,原因是P V 一方面离感应线圈较近,会被感应加热;另一方面工艺反应后高温废气会对P V 进行热冲击;长以此往造成P V 内漏,需要进行更换.图 内漏检测控制流程图 外漏保压检测曲线图 内漏保压检测曲线 结语碳化硅外延设备约生长 m左右需要进行腔室清洁,清洁以后进行基本的检漏操作流程.本文介绍了配合控制程序的泄漏检测方法,利用一键启动“泄漏检测”,可以在 m i n内实现外漏和内漏的全部检测,大大减少了泄漏检测的时间,提升了生产效率.参考文献:浦荣生,董振雷,周听芳半导体制造专用设备的真空检漏J微电子技术,():曹慎诚实用真空检漏技术M北京:化学工业出版社,(英文摘要转第 页)机 械 工 程 与 自 动 化 年第期 周松,张帮龙,周金喜,等一种用于处理船舶排放废气的系统:中国,AP 黄博伦,杨国华船舶废气洗涤脱硫脱硝和脱PM细颗粒设备研究进展J化工进展,():Z h a n gL,X i n gY a o h u a,X uH o n g,e t a l C o m p a r a t i v e s t u d yo f s o l i do x i d ef u e lc e l lc o m b i n e dh e a ta n dp o w e rs y s t e mw i t h m u l t i s t a g e e x h a u s t c h e m i c a l e n e r g y r e c y c l i n g:M o d e l i n g,e x p e r i m e n t a n d o p t i m i z a t i o nJE n e r g yC o n v e r s i o n&M a n a g e m e n t,:P o p o v i c h e v a O,K i r e e v a E,P e r s i a n t s e v a N,e t a l M i c r o s c o p i cc h a r a c t e r i z a t i o no fi n d i v i d u a lp a r t i c l e sf r o mm u l t i c o m p o n e n t s h i pe x h a u s tJ J o u r n a lo fE n v i r o n m e n t a lM o n i t o r i n gJ e m,():S a n u s iYS,M o k h e i m e r,E s m a i lM A N u m e r i c a lm o d e l i n ga n ds i m u l a t i o no fo x y c o m b u s t i o ne x h a u s tg a sr e c y c l i n gf o r f u e l r e f o r m i n gJ E n e r g y&F u e l s,():a c s e n e r g y f u e l s b P o s s n e rA,E k m a nA M L,L o h m a n nU C l o u dr e s p o n s ea n df e e d b a c kp r o c e s s e si ns t r a t i f o r m m i x e d p h a s ec l o u d sp e r t u r b e d b y s h i p e x h a u s tJG e o p h y s i c a l R e s e a r c hL e t t e r s,():O p t i m a lD e s i g nB a s e do nM u l t i D i r e c t i o n a lR e c y c l i n go fS h i pE x h a u s tG a sL I NX i a n h u i,Z H O UJ i a n,L I U W e i f e n g,G EB i a o,L IL i n g j u n,L A IL i n g j u n(Y a n g f a nG r o u pC o,L t d,Z h o u s h a n ,C h i n a;Z h e j i a n gZ h o u s h a nY a j i nS h i p b u i l d i n gT e c h n o l o g yC o,L t d,Z h o u s h a n ,C h i n a;G o o d w a yM a r i n eT e c h n o l o g y(Z h e j i a n gF r e eT r a d eZ o n e)C o,L t d,Z h o u s h a n ,C h i n a;Z h o u s h a nC h a n g h o n gI n t e r n a t i o n a lS h i p y a r dC o,L t d,Z h o u s h a n ,C h i n a;L i n h a iP o r t sa n dF i s h e r i e sA d m i n i s t r a t i o n,L i n h a i ,C h i n a)A b s t r a c t:T h i sp a p e r t a k e s t h em u l t i d i r e c t i o n a l r e c y c l i n go f s h i pe x h a u s t g a s a s t h e r e s e a r c ho b j e c t T h eh i g ht e m p e r a t u r ew a s t eg a se m i t t e db yt r a d i t i o n a l s h i p sw i l l n o t o n l y c a u s ep o l l u t i o n t o t h e e n v i r o n m e n t,b u t a l s o c a u s e aw a s t e o f h e a t r e s o u r c e s F r o mt h ep o i n to fv i e wo f t h ed e s i g no fm u l t i d i r e c t i o n a l r e c y c l i n ga n de n e r g ys a v i n ga n de n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o no f t h eh i g ht e m p e r a t u r ew a s t eg a sd i s c h a r g e df r o mt h e s h i p,t h eh e a t e n e r g y i n t h eh i g h t e m p e r a t u r ew a s t eg a sd i s c h a r g e d f r o mt h e s h i p i s c o n v e r t e d i n t oe l e c t r i c e n e r g yt od e a lw i t ht h es h i pb a l l a s tw a t e r t r e a t m e n t e q u i p m e n t T h ew o r k i n gp r i n c i p l ea n dm a i nc o m p o s i t i o no f t h es h i pe x h a u s tg a sm u l t i d i r e c t i o n a l r e c y c l i n gd e v i c ea r e i n t r o d u c e d T h ea p p l i c a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t t h em u l t i d i r e c t i o n a l r e c y c l i n go fs h i pe x h a u s tg a sa n dt h ep u r p o s eo f e n e r g ys a v i n ga n de n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o nc a nb ea c h i e v e dt h r o u g ht h e t r a n s f o r m a t i o no f e n e r g y K e y w o r d s:s h i pe x h a u s tg a s;m u l t i d i r e c t i o n a l r e c y c l i n g;e n e r g ys a v i n ga n de n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n(上接第 页)R e s e a r c ha n dA p p l i c a t i o no fL e a kD e t e c t i o nT e c h n o l o g yo fS i CE p i t a x yE q u i p m e n tS H E N GF e i l o n g,X UJ u n,G U OJ i a j i e,WUC a i t i n g,L I UX i n,WUF a n(J iH u aL a b o r a t o r y,F o s h a n ,C h i n a)A b s t r a c t:S i Ce p i t a x i a le q u i p m e n ti sah i g h l yd a n g e r o u sp r e c i s i o na n dc o m p l e xe q u i p m e n tc o v e r i n gm a n yd i s c i p l i n e ss u c ha sh i g ht e m p e r a t u r e,v a c u u m,m o t i o n,g a s,c i r c u i t,w a t e rc o o l i n g,e t c S i Ce p i t a x i a lg r o w t hr e q u i r e st h ei n t r o d u c t i o no ff l a mm a b l e,e x p l o s i v ea n dt o x i cp r o c e s sg a s i nt h ee n v i r o n m e n to fh i g ht e m p e r a t u r ea n dl o wv a c u u m,s ot h es e a l i n go fe q u i p m e n t i sp a r t i c u l a r l yi m p o r t a n t T h em e t h o do f a u t o m a t i c l e a kd e t e c t i o nu s i n gt h ec o n t r o l s y s t e mi n t r o d u c e di nt h i sp a p e rc a nf a c i l i t a t et h eo p e r a t i o no fm a i n t e n a n c ep e r s o n n e l a n dg r e a t l ys h o r t e nt h e l e a kd e t e c t i o nt i m e K e y w o r d s:v a c u u ml e a kd e t e c t i o nt e c h n o l o g y;S i Ce p i t a x i a l e q u i p m e n t;c o n t r o l s y s t e m(上接第 页)参考文献:丁晓伟,李志君碳化硅器件在直流充电桩中的应用研究J电力电子技术,():,刘祎晨,林雪如“碳中和”时代的半导体黑马 碳化硅J新材料产业,():陈东坡,陈昭亮新能源汽车 V高压平台发展现状与建议J高科技与产业化,():R e s e a r c ho nF u l l S i l i c o nC a r b i d eD CC h a r g i n gE q u i p m e n tT e c h n o l o g yL IY a o h u a(t h e n dR e s e r c hI n s t i t u t eo fC h i n aE l e c t r o n i c sT e c h n o l o g yG r o u pC o r p o r a t i o n,T a i y u a n ,C h i n a)A b s t r a c t:C e n t e r i n go nt h ep e r f o r m a n c eo f h i g h f r e q u e n c y,h i g hp r e s s u r e r e s i s t a n c e a n dh i g ht e m p e r a t u r e r e s i s t a n c eo f s i l i c o nc a r b i d ep o w e rd e v i c e s,t h i sp a p e rp r o p o s e sas e to f t o p o l o g ys t r u c t u r es c h e m es u i t a b l e f o rD Cc h a r g i n ge q u i p m e n t f o rn e we n e r g yv e h i c l e s,a n dm a k e s f u l lu s eo f t h ea d v a n t a g e so fs i l i c o nc a r b i d ed e v i c e st os i m p l i f yt h es t r u c t u r a l c o m p l e x i t ya n di m p r o v et h er e l i a b i l i t ya n de f f i c i e n c yo f t h ee q u i p m e n t Ad r i v i n gm e t h o ds u i t a b l ef o rs i l i c o nc a r b i d ep o w e rd e v i c e si sp r o p o s e d,w h i c hs o l v e st h et e c h n i c a lp r o b l e m ss u c ha sd r i v i n gl e v e ls e l e c t i o n,i s o l a t i o nm o d es e l e c t i o n,b r i d g ea r mc r o s s t a l ka n ds oo n U s i n gt h er e l e v a n tt e c h n i c a la c h i e v e m e n t s,t h e k Wf u l l s i l 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