真空泵的抽氣速率和抽氣極限是衡量真空泵性能的兩個(gè)重要指標(biāo)，它們對(duì)半導(dǎo)體制造工藝有著深遠(yuǎn)影響，具體如下：
工藝效率方面
縮短工藝時(shí)間：較高的抽氣速率能快速將反應(yīng)腔室或處理區(qū)域的氣體抽出，使腔室迅速達(dá)到工藝所需的真空度，從而縮短每個(gè)工藝步驟的準(zhǔn)備時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。例如在化學(xué)氣相沉積（CVD）工藝中，快速達(dá)到真空度可以更快地引入反應(yīng)氣體開始沉積過程。
提高設(shè)備產(chǎn)能：對(duì)于連續(xù)型的半導(dǎo)體制造設(shè)備，如自動(dòng)化晶圓處理生產(chǎn)線，抽氣速率快能使設(shè)備在單位時(shí)間內(nèi)處理更多的晶圓，因?yàn)榭焖俪闅饪梢宰屧O(shè)備更快地進(jìn)入下一個(gè)工藝循環(huán)，進(jìn)而提高整體設(shè)備的產(chǎn)能。
薄膜質(zhì)量方面
保證薄膜均勻性：在物理氣相沉積（PVD）等工藝中，抽氣速率會(huì)影響腔室內(nèi)氣體的分布和流動(dòng)狀態(tài)。適當(dāng)?shù)母叱闅馑俾士墒骨皇覂?nèi)氣體迅速排出，營(yíng)造穩(wěn)定的真空環(huán)境，有助于確保薄膜均勻地沉積在晶圓表面。若抽氣速率過慢，腔室內(nèi)的氣體不能及時(shí)排出，會(huì)導(dǎo)致蒸發(fā)或?yàn)R射的物質(zhì)在傳輸過程中與殘留氣體分子碰撞，使得薄膜材料在晶圓表面的沉積不均勻。
減少雜質(zhì)含量：在半導(dǎo)體薄膜生長(zhǎng)過程中，殘留氣體中的雜質(zhì)可能會(huì)摻入到薄膜中，影響薄膜的電學(xué)性能和質(zhì)量。抽氣速率快能有效降低腔室內(nèi)雜質(zhì)氣體的分壓，減少雜質(zhì)進(jìn)入薄膜的概率。例如在沉積高質(zhì)量的氮化硅薄膜時(shí)，快速抽氣可以減少氧氣等雜質(zhì)氣體的含量，避免氮化硅薄膜被氧化，從而提高薄膜的純度和性能。
刻蝕精度方面
精確控制刻蝕輪廓：在刻蝕工藝中，合適的抽氣速率可使刻蝕氣體在晶圓表面均勻分布，并且及時(shí)排出反應(yīng)產(chǎn)生的廢氣，避免廢氣在局部積聚導(dǎo)致刻蝕不均勻，從而實(shí)現(xiàn)高精度的刻蝕，保證半導(dǎo)體器件的微小結(jié)構(gòu)如晶體管柵極等能夠被準(zhǔn)確地制造出來。
防止過刻蝕和側(cè)蝕：如果抽氣速率不足，刻蝕氣體不能及時(shí)更新，會(huì)導(dǎo)致刻蝕反應(yīng)過度進(jìn)行，出現(xiàn)過刻蝕現(xiàn)象，損壞已形成的器件結(jié)構(gòu)。同時(shí)，不均勻的氣體分布還可能引起側(cè)蝕，使刻蝕的側(cè)壁不垂直，影響器件的性能和可靠性。而足夠的抽氣速率有助于維持穩(wěn)定的刻蝕環(huán)境，減少過刻蝕和側(cè)蝕的發(fā)生，提高刻蝕的精度和可控性。
離子注入效果方面
保證離子束聚焦：在離子注入過程中，高抽氣速率可維持良好的真空環(huán)境，減少離子束的散射，保證離子束的聚焦性，使離子能夠準(zhǔn)確地注入到晶圓的特定區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體器件電學(xué)性能的精確調(diào)控。若抽氣速率低，通道內(nèi)殘留氣體較多，離子束會(huì)與氣體分子發(fā)生散射，導(dǎo)致離子束發(fā)散，無法精確地注入到晶圓的預(yù)定位置。
控制注入劑量準(zhǔn)確性：穩(wěn)定的高抽氣速率能確保離子注入系統(tǒng)內(nèi)的真空度穩(wěn)定，從而使離子源產(chǎn)生的離子束流穩(wěn)定，保證在一定時(shí)間內(nèi)注入到晶圓中的離子劑量準(zhǔn)確。如果抽氣速率不穩(wěn)定，會(huì)導(dǎo)致真空度波動(dòng)，進(jìn)而引起離子束流的變化，使注入劑量出現(xiàn)偏差，影響半導(dǎo)體器件的性能一致性。
決定工藝可達(dá)到的真空水平
滿足工藝需求：一些先進(jìn)的半導(dǎo)體制造工藝，如極紫外光刻（EUV）、高分辨率電子束光刻等，需要的真空度來避免光刻過程中光線或電子的散射，以及防止晶圓表面被污染。真空泵的抽氣極限決定了能否達(dá)到這些工藝所需的超高真空環(huán)境。只有抽氣極限足夠低，才能為這些工藝提供穩(wěn)定、清潔的真空條件，保證光刻的精度和分辨率，從而制造出更小尺度、更高性能的半導(dǎo)體器件。
支持特殊材料生長(zhǎng)：對(duì)于一些特殊的半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)工藝，如分子束外延（MBE），需要在超高真空環(huán)境下精確控制原子或分子的束流，以實(shí)現(xiàn)原子級(jí)精度的薄膜生長(zhǎng)。抽氣極限較低的真空泵能夠?qū)⑶皇覂?nèi)的氣體壓力降低到足夠低的水平，滿足 MBE 工藝對(duì)真空度的嚴(yán)格要求，確保生長(zhǎng)出高質(zhì)量、具有特定結(jié)構(gòu)和性能的半導(dǎo)體薄膜，用于制造高性能的光電器件、量子器件等。
影響器件性能和可靠性
減少雜質(zhì)吸附和反應(yīng)：在半導(dǎo)體器件制造過程中，即使是微量的殘留氣體也可能與晶圓表面的材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，或者吸附在表面形成雜質(zhì)層，影響器件的電學(xué)性能和可靠性。較低的抽氣極限可以將腔室內(nèi)的雜質(zhì)氣體含量降低到極低水平，減少這些不利反應(yīng)和吸附現(xiàn)象的發(fā)生，有助于提高器件的穩(wěn)定性和長(zhǎng)期可靠性。例如，在制造金屬 - 氧化物 - 半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）時(shí)，低抽氣極限的真空泵可以防止氧氣、水汽等雜質(zhì)氣體與柵極氧化物發(fā)生反應(yīng)，從而保證柵極絕緣性能和器件的閾值電壓穩(wěn)定性。
避免氣體解吸問題：在半導(dǎo)體制造過程中，晶圓和設(shè)備表面可能會(huì)吸附一些氣體分子。當(dāng)真空度不夠高時(shí)，這些吸附的氣體可能會(huì)在工藝過程中解吸出來，重新進(jìn)入腔室，影響工藝的穩(wěn)定性和重復(fù)性。抽氣極限低的真空泵能夠更有效地抽出這些解吸氣體，維持穩(wěn)定的真空環(huán)境，確保工藝的一致性和可重復(fù)性，有利于提高半導(dǎo)體器件的成品率和性能一致性。
中級(jí)會(huì)員·2年
