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即使在高温高腐蚀性的苛刻环境下也能够精准测量压力的隔膜真空计

面向原子层沉积法的蓝宝石隔膜真空计

蓝宝石隔膜真空计

装配在电脑和智能手机等设备中的高性能半导体。该制造工艺中应用的薄膜制作方法多种多样,不过为了实现精加工,最近采用“原子层沉积法(ALD法)”的情况有所增加。然而,ALD法的成膜原理存在半导体生产装置内也会沉积原材料薄膜的问题。如果测量生产装置内的真空度的真空计内部也沉积了多余薄膜的话,会对测量值产生影响。阿自倍尔在2006年产品化的自主开发的“蓝宝石隔膜真空计”中,加入了重新改良的三项技术,开发出了面向原子层沉积法的真空计。

背景・需求

半导体生产不可或缺的真空计 如何对应原子层沉积法成为课题

半导体生产需要具备高耐腐蚀性及耐热性的真空计。阿自倍尔株式会社于2006年独自将满足此种需求的“蓝宝石隔膜真空计”进行了产品化。该方法将随着真空度发生细微变形的超薄人造蓝宝石用于隔膜,测量随着真空度变化的静电容量。具有在苛刻的条件下也具有高精度和高可靠性的特点。

近年来,在半导体生产过程中逐渐开始采用原子层沉积(Atomic Layer Deposition:ALD)法。该方法能够使其他元素及化合物超薄化,并很好地环绕沉积在半导体晶圆上。正在通过这项技术来实现集成电路的高速化和大容量存储。

ALD法在具有许多优点的同时,也存在原材料薄膜还会环绕沉积在半导体生产装置内部的成膜室(腔室)中的问题。成膜过程中必须正确控制并保持腔室内部的真空度。此时,若沉积了对测量内部真空度的真空计来说多余的薄膜的话,会出现真空计的测量值产生误差的问题。

蓝宝石隔膜真空计

开发的要点

设法将三项技术相结合 解决原子层沉积法的问题

于是,阿自倍尔在2006年发售的“蓝宝石隔膜真空计”的基础上,开发出了符合ALD法的“面向原子层沉积法的蓝宝石真空计”。为了降低因原材料薄膜沉积在真空计内所产生的真空计测量值的误差,通过新隔膜结构/沉积位置的控制/沉积本身的抑制这三项技术的开发,成功地大幅降低了因沉积产生的测量误差。

  1. 新隔膜结构
    新隔膜的形状

    理论上,ALD法不能完全排除薄膜在真空计内的沉积。“蓝宝石隔膜真空计”也会因为原材料沉积在隔膜上,导致热膨胀系数不同,这使隔膜时常处于弯曲状态,从而偏离测量的基准值(以下称为零点)。

    针对这一问题,为了使隔膜的弯曲度在薄膜沉积状态下也不发生变化,开发出了隔膜中央部分稍薄的独特形状。该想法是希望通过薄厚两部分弯曲度的相互抵消来减少误差。通过变形的模拟和实验,成功地找到了隔膜的最佳形状。

  2. 控制沉积位置
    成膜に

    由于使用材料的不同,有时隔膜上的薄膜无法均匀沉积,即使想办法改变隔膜的形状,弯曲度也会不均匀,所以仍然是无法抑制零点的偏离。如果无法确保薄膜能够均匀地沉积,那么转换思维,通过使其在特定位置进行沉积,设计出了即使隔膜弯曲也可作为传感器的输出来减小误差的方法。

    传感器上有测量压力的感压电极和用于修正温度等影响的参考电极。让薄膜沉积在隔膜半径中央的位置,该位置横跨感压电极和参考电极。具体来说,就是在覆盖隔膜的蓝宝石圆板的适当位置开一个微小的孔,导出引起沉积的气体。

  3. 大幅抑制沉积本身
    存水弯结构

    即使进行了上述两项对策,仍旧没能改变隔膜上沉积多余薄膜的现状。长此以往,务必会导致测量灵敏度和测量精度的下降。因此,为了尽量抑制沉积本身,开发出了去除薄膜原材料的可以称之为微小过滤器的存水弯(挡板)。该存水弯结构在圆周上设计了约4000个细小的通道,所以应答性也得到了确保。存水弯结构的采用使隔膜上的沉积量在计算上下降到了0.03%,并确保了长期的稳定性。

成果和今后的展望

過面向原子层沉积法的蓝宝石隔膜真空计的零点稳定性

就这样,“蓝宝石隔膜真空计”演变成为对应ALD法的“面向原子层沉积法的蓝宝石隔膜真空计”。这款真空计即使薄膜沉积,零点也几乎不发生偏离,并具备可以保持长期稳定性等众多优点。从以往的顾客那里,我们得到了“阿自倍尔真空计在日本国内开发,能够放心使用”的高度评价。我们持续不断地为这些顾客解决现场的课题,并通过最新的制造工艺实现了课题的解决。




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