Inchfab 在纳米级制造系统中使用质量流量和压力控制
由艾里卡特合写；Mitchell Hsing，博士，Inchfab 首席执行官兼联合创始人；和 Parker Gould 博士、Inchfab 首席技术官兼联合创始人
背景：纳米级制造系统和 Inchfab
图 1. Inchfab ICP-CVD 系统原型
过去 60 多年来，对计算能力的需求不断增长，导致设备复杂性和产量呈指数级增长。为了满足这一需求，微米和纳米制造技术的最新进展与日益增大的基板尺寸密不可分。这导致了一些历史上最令人惊叹的工程壮举。
毫不奇怪，完成这样的壮举既不便宜也不容易。现代纳米级制造设施（“晶圆厂”）的资本成本现在通常高达数十亿美元，并且需要严格的工艺控制，这严重限制了单个晶圆厂可以制造的设备类型。纳米级制造的高成本和极低的灵活性已成为许多不同市场中寻求开发创新设备的团体的主要障碍。
Inchfab 联合创始人 Mitchell Hsing 和 Parker Gould
Inchfab 的超低成本、高性能制造工具的新型平台正在通过将先进的处理能力与大尺寸基板分离来消除这一障碍。通过放弃当今大批量生产中常用的 150-300 毫米（约 1 英尺）直径基板，纳米级制造所需的工具和设施的资本成本和物理占地面积可以减少几个数量级，从而从根本上增加他们的可达性。此外，Inchfab 还证明，使用较小的基板还可以提高现有商业工具的性能。请参阅下面图 1 中的原型 ICP-CVD 系统。
挑战 1：可重复、均匀的质量流量控制
微米和纳米制造系统所需的两个最重要的特性是运行间的可重复性和空间均匀性。实现高水平的可重复性和均匀性依赖于控制许多不同的过程输入和环境条件的能力。其中最重要的是质量流量和过程压力。
解决方案：层流压差质量流量控制
图 2. 显示如何在 Inchfab ICP-CVD 系统中使用 Alicat 控制器的框图。
Inchfab 需要一种经济实惠的质量流量解决方案，具有快速响应时间、广泛的操作范围且无需预热时间。他们最终选择了艾里卡特质量流量控制器 (MFC)，主要是因为其基于层流压差的操作原理带来的好处。这些控制器为 Inchfab 提供了读数的 0.6% 的高精度测量、30 ms 的响应时间、满量程 0.01 至 100% 的控制范围，并且无需预热时间。图 2 显示了 Alicat MFC 如何在 Inchfab 的 ICP-CVD 系统中连接。
挑战 2：可重复、均匀的基板温度分布
就像可靠的质量流量一样，可重复且均匀的基板温度分布对于一致且均匀的沉积和蚀刻分布也至关重要。例如，在基于等离子体的蚀刻中，过量的衬底热量主要是由于等离子体放电中产生的高能粒子的轰击以及衬底表面上的放热化学反应而产生的。对于氟基硅蚀刻，随着基板温度升高，蚀刻速率降低，常用的掩模材料（例如光刻胶）可能开始腐蚀，从而降低选择性。为了抵消这种热量，使用热交换器将热量从基材上传导走。由于正在处理的基板背面可能具有精致的特征，因此不建议与卡盘组件直接热接触。
解决方案：集成真空压力控制
图 3. Alicat IVC 系列压力控制器，带有用于基材传热的附加歧管
为了改善卡盘组件和正在处理的基板之间的热传递，Inchfab 使用了 Alicat IVC 系列压力控制器（见图 3）。该压力控制器可在基板背面维持低于大气压的气压（通常为 5-20 托，具体取决于工艺），从而最大限度地缩短与卡盘组件达到热平衡所需的时间，并在整个加工过程中保持平衡。
IVC 压力控制器中的真空传感器在基板卡盘层中提供精确、独立于气体的压力测量，并且能够独立于流体出口进行路由。Inchfab 能够用该设备替换更昂贵的控制器，并且由于 IVC 和 MFC 之间的通用数字接口而去除了一些额外的控制硬件。他们还能够使用标准直观的 Alicat 数字通信协议，从而可以非常轻松地监控压力并在需要时更新设定值。图 2 显示了 IVC（标记为 Alicat 导体）如何集成到 Inchfab 的 ICP-CVD 系统中。
结论
作为伯克利国家实验室“Activate – Cyclotron Road”计划的成员，Inchfab 正在与其合作伙伴合作，为微米级和纳米级器件领域提供创新且经济的制造解决方案。Inchfab 不断努力完善和扩展其微米和纳米制造能力，并不断寻找有助于实现这一目标的新技术。