半导体工艺中的安瓿实时监控和泄漏检测

在半导体行业，制造工艺的精确性和一致性至关重要。先进的沉积技术，如化学气相沉积（CVD）和原子层沉积（ALD），依赖安瓿（ampoules）来储存和输送前驱体，从而形成具有精确厚度和特定性能的薄膜。如果安瓿在工艺进行中耗尽却未被及时检测到，可能会导致薄膜不均匀、产生缺陷乃至器件失效，进而威胁到整个晶圆批次的质量。此类故障会降低良率、增加生产成本，并造成宝贵材料的浪费。

安装在半导体 CVD 室前线的 INFICON SemiQCM® SR 传感器或 SemiQCM® CR 传感器可实时检测前驱体输送故障。SemiQCM 传感器采用石英晶体微天平技术，与 INFICON IMM-200 频率监控器结合使用，即使是最微小的质量变化也能检测到，从而实时了解前驱体的流动动态。在某些情况下，如果前驱体的沸点较高，只需处理一个晶片就能发现前驱体输送故障。

钼（Mo）前驱体监测就是一个很好的例子。通过战略性地将 SemiQCM 传感器沿半导体加工工具的前线（温度低于工艺室的温度）定位，传感器可以检测到五氯化钼 (MoCl5) 或二氯化钼 (MoO2Cl2) 前驱体蒸汽凝结的变化。当前驱体（MoCl5 或 MoO2Cl2）累积时，由于质量增加，会引起可测量的频率变化。

明显的频率下降与 SemiQCM 传感器上凝结前驱体的积累相对应，表明系统中存在前驱体。相比之下，稳定的频率表明传感器上没有前体凝结，说明安瓿中的前体已经耗尽。通过持续监测这些频率变化，SemiQCM 传感器可准确检测前体耗尽情况，触发警报或自动响应，以保持工艺稳定性。

这种连续监测还可使 SemiQCM 传感器识别腔室或处理系统内的潜在泄漏，确保提高工艺稳定性和可靠性。

在泄漏条件下，由于氧气 (O2) 进入载气管线，降低了前驱体（MoCl5 或 MoO2Cl2）分压并破坏沉积，SemiQCM 传感器会出现更明显的频率偏移。在前驱体饥饿导致晶片厚度严重下降的同时，SemiQCM 传感器上的任何 MoCl5 或 Mo 都会与氧气发生反应，形成高密度的 Mo/O 化合物。这种氧化作用大大增加了检测到的质量，导致频率下降的幅度比正常情况下要大得多。这种明显不同的频率偏移表明前驱体行为异常，可用于早期泄漏检测并防止潜在的制程中断。