HORIBA堀場液體汽化器：半導(dǎo)體制造的核心技術(shù)解析

精確控制每一滴液體的相變，為半導(dǎo)體制造保駕護(hù)航

在現(xiàn)代半導(dǎo)體工業(yè)中，液體汽化器是芯片制造過程中的關(guān)鍵設(shè)備。日本HORIBA堀場作為的精密儀器制造商，其液體汽化系統(tǒng)憑借的技術(shù)優(yōu)勢和可靠的穩(wěn)定性，在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域贏得了超過50%的占有率。

01 液體汽化器在半導(dǎo)體制造中的核心作用

半導(dǎo)體制造工藝對材料純度和工藝穩(wěn)定性有著極為苛刻的要求，許多工藝原料在常溫下是液態(tài)，但需要在氣相狀態(tài)下參與反應(yīng)。

HORIBA的液體汽化器正是為了解決這一關(guān)鍵問題而設(shè)計，它能夠安全有效地將液相化學(xué)品以氣相形態(tài)精確輸送到使用點。

無論是真空環(huán)境還是大氣壓力下的工藝要求，HORIBA的汽化技術(shù)都能提供符合嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)的汽化系統(tǒng)。

這種精確的汽化控制對于半導(dǎo)體器件的薄膜沉積、摻雜和蝕刻等關(guān)鍵工藝步驟至關(guān)重要，直接影響芯片的性能和良率。

02 核心技術(shù)原理與汽化方式

HORIBA憑借30余年的汽化技術(shù)積累，發(fā)展了多種先進(jìn)的汽化方式，以適應(yīng)不同的工藝需求和液體材料特性。

直接注入汽化技術(shù)將液體原料直接注入加熱的汽化室，實現(xiàn)快速相變。這種方法適用于對溫度敏感的液體材料，能夠減少熱分解風(fēng)險。

混合注入汽化技術(shù)則在載氣的作用下將液體霧化，增加表面積，提高汽化效率。這種技術(shù)可實現(xiàn)更均勻的蒸汽濃度分布。

鼓泡汽化技術(shù)使載氣通過液體材料，攜帶飽和蒸汽進(jìn)入工藝腔室。這種方式適用于需要高濃度蒸汽的工藝環(huán)境。

烘烤汽化技術(shù)采用高溫壁面接觸式汽化，適用于高沸點液體材料的汽化。

近年來，HORIBA推出了創(chuàng)新的龍卷風(fēng)流（Tornado Flow）汽化方式，這種高效汽化技術(shù)可實現(xiàn)低溫下的穩(wěn)定汽化。

即使對于容易熱分解的液體材料也能提高汽化性能，同時可在相同溫度條件下實現(xiàn)高流量汽化，滿足了先進(jìn)半導(dǎo)體制造工藝對大規(guī)模生產(chǎn)的需求。

03 主要產(chǎn)品系列及其特點

MV-2000系列高效液體汽化系統(tǒng)

MV-2000是HORIBA推出的一款高性能載氣式液體汽化器，采用了汽液混合汽化方法，能夠高效穩(wěn)定地對高沸點液體源進(jìn)行汽化。

該系統(tǒng)專為半導(dǎo)體工藝中使用的高k材料等液體材料的穩(wěn)定蒸發(fā)而設(shè)計，采用龍卷風(fēng)流方式的高效汽化，實現(xiàn)低溫下的穩(wěn)定汽化。

其外形尺寸為426W × 177H × 505D mm，重量14kg，電動機(jī)功率15kW，適用于環(huán)保、化工、能源、電子等多個領(lǐng)域。

VC-1310汽化器

VC-1310汽化器采用無載體類型設(shè)計，可以構(gòu)建小型氣化系統(tǒng)。由于通過質(zhì)量流量來測定發(fā)生量，可以不受溫度壓力影響進(jìn)行液體材料的氣化供給。

該型號的體積只有原來的1/5，實現(xiàn)了小型化，但能夠瞬間氣化被供應(yīng)的液體。它支持任意固定方向安裝，保持相應(yīng)功能，不需要?dú)馀菔饺萜骱蜌饣萜鳌?/p>

VC-1310的接氣部材質(zhì)為SUS-316L （PTFE），耐壓1.0MPa（G），可升溫溫度最高達(dá)150℃，適用于不會腐蝕不銹鋼的HCl、HF等液體除外的多種液體材料。

LE系列液體噴霧器

LE系列液體噴霧器是一款大流量、高效率的液體汽化器，其流道和加熱元件嵌入鑄鋁塊中，確保了最大的熱傳導(dǎo)，并消除了冷點和冷凝的風(fēng)險。

該液體源汽化控制系統(tǒng)可以在高達(dá)300°C的溫度下運(yùn)行，可以汽化高達(dá)30克/分鐘的IPA（或同等物質(zhì)）。

其特點是創(chuàng)新的設(shè)計使汽化率大化，新的噴射器噴嘴確保了穩(wěn)定的液體注入，有助于穩(wěn)定的蒸汽輸出濃度。

全不銹鋼，全掃式流道，具有最大的耐腐蝕性和最小的顆粒生成量，與多種類型的前體材料兼容。

04 技術(shù)優(yōu)勢與創(chuàng)新特點

高穩(wěn)定性與精確控制

HORIBA液體汽化器采用高質(zhì)量流量計和質(zhì)量流量控制器，實現(xiàn)對液體物料流量的精確測量和載氣的控制。

這種精密的控制系統(tǒng)確保了汽化過程的穩(wěn)定性和重復(fù)性，為半導(dǎo)體制造工藝提供了可靠的保證。

VM系列（汽化傳輸系統(tǒng)）始終將液位保持“High"狀態(tài)，使整個工藝流程相比較傳統(tǒng)石英鼓泡系統(tǒng)更為穩(wěn)定。

由于鼓泡裝置的持續(xù)注入，液位不會受到影響，無環(huán)境溫度的影響，使薄層電阻相較于傳統(tǒng)鼓泡裝置更為穩(wěn)定，再現(xiàn)性更出色。

高效汽化與節(jié)能設(shè)計

HORIBA的龍卷風(fēng)流汽化方式實現(xiàn)了高效汽化，可在與以往產(chǎn)品相同的溫度條件下實現(xiàn)高流量汽化。

相同占地面積內(nèi)的大流量消除了新布局變化的需要，用戶可以構(gòu)建緊湊的汽化系統(tǒng)，進(jìn)行理想的布局設(shè)計。

安全性與可靠性提升

在半導(dǎo)體工藝中，許多液體材料具有腐蝕性、毒性或易燃性，HORIBA汽化器采用全不銹鋼結(jié)構(gòu)，接氣部材質(zhì)使用SUS-316L （PTFE），提供了優(yōu)異的耐腐蝕性。

POCL3自動供液系統(tǒng)配備了集成液體泄漏、氣體泄漏監(jiān)測裝置，以及堅固、無泄漏的鼓泡外殼與廠務(wù)端鏈接排氣系統(tǒng)，大大提高了安全性。

無石英材料的設(shè)計使系統(tǒng)更為堅固，無需替換，減少人工操作失誤。

減少運(yùn)營成本

HORIBA的汽化系統(tǒng)可減少POCL3消耗——每公斤可降低30% 的價格。

依賴于持續(xù)工作，實現(xiàn)超過99.8% 的正常運(yùn)營時間，減少化學(xué)品浪費(fèi)。

更長的壽命，更低的維護(hù)成本，系統(tǒng)內(nèi)部工藝流程無需暴露于周圍環(huán)境。

05 在半導(dǎo)體制造中的具體應(yīng)用

晶體硅太陽能電池制造

在光伏領(lǐng)域，HORIBA的POCL3自動供液系統(tǒng)專門用于晶體硅太陽能電池的擴(kuò)散制程，實現(xiàn)POCL3自動傳輸?shù)教刂扑芰瞎呐菅b置內(nèi)。

FDM和VM系統(tǒng)適用于硅基電池片的擴(kuò)散制程，同樣可以用于BBr3的擴(kuò)散制程，減少運(yùn)輸和人力成本，提高安全性。

半導(dǎo)體薄膜沉積工藝

在半導(dǎo)體前端制造中，HORIBA液體汽化器用于CVD（化學(xué)氣相沉積）、ALD（原子層沉積） 等工藝，將液體前驅(qū)體如TEOS、SiH4等汽化為氣相，參與薄膜沉積過程。

高k介質(zhì)金屬柵工藝

隨著半導(dǎo)體器件快速一體化的發(fā)展，新的材料被不斷引入300mm晶圓制程以確保產(chǎn)品性能。

HORIBA汽化器專門針對半導(dǎo)體工藝中使用的高k材料等液體材料提供了穩(wěn)定的蒸發(fā)系統(tǒng)。

06 系統(tǒng)集成與配套方案

HORIBA提供完整的流體控制系統(tǒng)解決方案，不僅包括汽化器本身，還包括配套的自動再充系統(tǒng)。

這種集成方案使得化學(xué)品儲罐可在不中斷制造過程的情況下更換，不會出現(xiàn)停機(jī)問題。

液體源汽化系統(tǒng)可以穩(wěn)定有效地汽化液體材料，汽化器還可以連接到HORIBA的自動再充系統(tǒng)，將蒸氣安全、連續(xù)地輸送到使用點。

在與質(zhì)量流量控制器和液體流量計的配合下，可以構(gòu)建高效的完整汽化系統(tǒng)，滿足半導(dǎo)體制造對工藝一致性和重復(fù)性的高要求。

07 未來發(fā)展趨勢

隨著半導(dǎo)體技術(shù)節(jié)點不斷縮小，對液體汽化技術(shù)提出了更高要求。HORIBA正在開發(fā)更加精密、高效的汽化系統(tǒng)，以滿足下一代半導(dǎo)體制造的需求。

未來液體汽化器將朝著更高精度、更小體積、更低功耗的方向發(fā)展，同時支持更廣泛的前驅(qū)體材料，包括那些傳統(tǒng)上難以汽化的高沸點液體材料。

智能化和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用也將使汽化器能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)測性維護(hù)和遠(yuǎn)程監(jiān)控，進(jìn)一步提高半導(dǎo)體制造設(shè)備的綜合效率和管理水平。

從實驗室研發(fā)到大規(guī)模量產(chǎn)，HORIBA堀場的液體汽化器以其精密性與可靠性，成為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中的一環(huán)。

正如芯片制造本身，精確控制每一處細(xì)節(jié)，方能成就整體的性能。