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根据美国国家标准与技术研究院（NIST）流体计量组进行的误差分析研究，在微芯片产业标准校准方法中存在误差，即化学气相沉积（CVD）中气体流量测量误差，可能导致微芯片制造商在单次制造过程中就损失数百万美元。而且随着芯片制造商将更多功能集成到更小的空间，该问题预计将变得更加尖锐。 该误差源指当测量非常小的外来气体混合流时会发生误差。在CVD工艺过程中会发生小气流，CVD是在真空室内使用超稀薄气体流过硅晶片来沉积固体膜时的工艺过程。CVD广泛用于制造包含数十亿晶体管的多种高性能微芯片。CVD通过沉积连续的原子或分子层来建立复杂的3D结构。被称为等离子体蚀刻的补充过程还使用少量外来气体通过去除少量硅来在半导体材料的表面上产生微小特征。注入腔室的确切气体量对于这些过程至关重要，并由被称为质量流控制器（MFC）的装置调节。MFC必须高度精确以确保沉积的层具有所需的尺寸。 先进纳米制造设备昂贵，并且对于公司来说不断地微调CVD和等离子体蚀刻通常也是不经济的。相反，制造厂依赖于由MFC控制的精确气流。通常，使用“上升速率”（RoR）方法来校准MFC，该方法是随着气体通过MFC填充收集罐时进行一系列压力和温度测量。 NIST流体计量组的John Wright说道：“当一家芯片制造设备的主要制造商发现，当我们在不同的RoR系统上进行设备校准时，所得到的流速结果并不一致，人们对这种技术准确性的关注引起了我们的注意。”。Wright对该领域抱有浓厚兴趣，多年来他一直看到RoR读数与NIST的“黄金标准”压力/体积/温度/时间系统获得的结果不一致。他和同事们为RoR过程开发了数学模型并进行了详细的实验。 结论是，由于错误的温度值，传统的RoR流量测量可能出现明显的误差。Wright及其同事发现，如果不对这些温度误差进行校正，RoR读数可能会下降1％，甚至更多。半导体工业中目前的低端流速在每分钟一个标准立方厘米（1 sccm）的范围内，大约是一块方糖的体积，但它们很快会缩小到0.1 sccm。 对于使用沉积层的刻蚀以形成沟槽状特征的制造工艺，精确的流量测量是一个需严肃对待的考虑点。在这种情况下，MFC通常打开不超过几秒钟。 美国生产MFC和其他精密测量设备的Brooks Instrument公司的首席技术官Mohamed Saleem表示：“流量不准确导致晶圆上关键特性不均匀，直接导致产量下降。考虑到运行洁净室的成本，由于流量不规则而导致的一批晶圆的损失可能会达到大约50万美元到100万美元。此外还有处理问题所需的停机时间而导致的成本，使总成本变得无法接受地高。” 美国为微芯片制造提供精密制造设备的LAM公司的Iqbal Shareef表示：“在极大规模的集成电路中，流量的微小变化对结构的蚀刻速率和关键尺寸产生了深远的影响。因此，我们非常担心从腔室到腔室以及晶圆到晶圆的流量的准确性和一致性。我们今天谈论的是纳米级甚至亚纳米尺度的晶圆均匀性。” Brooks的Saleem说：“每个300毫米晶圆的成本高达400美元，包含281个尺寸为250到300平方毫米的芯片。今天的高端集成电路中的每个芯片都包含大约30～40亿个晶体管，每个晶圆经过1或2个月的处理，其中包括多道独立工艺的多次工作，包括化学气相沉积，刻蚀，光刻和离子注入，所有这些过程都使用昂贵的化学品和气体。 许多公司已经根据NIST的工作重新审视他们的操作，这为RoR流量测量误差的来源提供了理论解释。该理论指导了RoR收集罐的设计者，并演示了易于应用的校正方法。RoR理论表明，CVD过程中使用的不同气体会产生不同的温度误差。NIST已经发布了该报告，提供了模型不确定性分析，其他人可以使用该分析来了解在不同RoR系统上校准的MFC之间的预期协议水平。 |
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