国产替代方案破解半导体制造工艺两大气体监测难题

高精密的半导体制造对生产工艺过程要求严苛，腔室气体的高精度监测逐渐成为配置需求。从薄膜沉积腔室的清洁终点判断，到ppm级微量氧的实时监测，气体监测的精度直接关系到工艺稳定性与产品良率。长期以来，该领域的核心检测设备高度依赖进口。如今，气体监测方案提供商已实现核心技术突破。本文将聚焦CVD腔室清洁终点监测、微量氧污染管控这两大工艺难题，探讨如何依托高精度、自主可控的国产化方案，破解半导体制造中气体监测的关键痛点。

一、半导体制造工艺气体监测面临的挑战

1、CVD腔室清洁终点难判定，良率与成本难以两全

薄膜沉积是半导体制造的核心工艺。为保障工艺稳定，需定期采用NF₃气体清除CVD腔室内壁沉积物。清洁终点的精准控制直接影响良率与成本：清洁不足导致残留沉积物形成颗粒污染，降低良率；过度清洁则增加NF₃消耗，延长停机时间并缩短腔室寿命，推高生产成本。传统方法依赖经验时间控制清洁终点，但最佳时长受沉积厚度、温度、压力、气体流量及材料化学组成等多变量影响，且参数可能随时间漂移。实际生产中，为保证洁净度往往延长清洁时间，进一步增加了 NF₃使用成本。

2、微量氧污染难管控，引发元件性能与可靠性下降

半导体工艺对氧气高度敏感，低至ppm级别的微量氧气也可能引发不必要的氧化反应，导致集成电路和硅片缺陷，破坏薄膜结构完整性，影响产品均匀性与可靠性。实际生产中，微量氧监测面临三大核心难点：一是需精确监测10 ppm以下超低浓度氧气，二是需支持真空环境下的持续氧浓度监测，三是需在还原性气氛中确保设备安全稳定运行。

上述三大难题制约着半导体工艺效率与产品良率。目前，推动该类气体分析仪器的国产化已成为国家战略层面的迫切需求。根据2025年《政府工作报告》的要求，突破关键核心技术、推动国产替代，对保障产业链安全具有重大意义。

二、国产化破局：四方仪器红外气体传感器与微量氧分析仪，破解半导体制造过程气体监测难题

在气体分析领域拥有超过20年工业级应用经验的四方光电（武汉）仪器有限公司，精准洞察半导体行业痛点，依托核心气体传感技术平台，成功推出CVD腔室清洁终点监测与半导体工艺微量氧监测产品方案，并在国内行业头部企业实现了国产化替代的成熟应用。

1、四方仪器红外气体传感器Gasboard-2060——精准监测CVD腔室清洁终点，实现工艺优化升级

针对薄膜沉积设备清洁终点检测需求，四方仪器推出全自研红外气体传感器Gasboard-2060，通过精准监测SiF₄浓度实现对CVD腔室清洁终点的精准控制。

用于确定清洁终点时间的SiF₄浓度曲线（Johnson et al. 2004）

红外气体传感器Gasboard-2060

产品特点：

（1） 双光束红外（NDIR）技术：显著提升抗干扰能力；

（2） 环境适应性：通过参考通道补偿温度、湿度及交叉气体干扰，确保测量稳定性；

（3）高精度：量程0~200mTorr，准确度≤±1.0% F.S.，响应时间T90≤2秒。

实战验证：精准监测清洁终点，助力CVD设备升级

实际测试中，红外气体传感器Gasboard-2060在重复清洁过程中表现出较高的稳定性。客户反馈其性能已达到或超越进口产品，成功实现清洁终点的精准控制，助力CVD设备工艺升级。

CVD设备2次重复腔室清洁试验的Gasboard-2060实测数据曲线

2、四方仪器微量氧分析仪Gasboard-3050系列——精准捕捉ppm级微量氧气，赋能精密制造

针对半导体及电子行业低浓度氧气监测需求，四方仪器长期专注于氧化锆传感器及气体分析仪的研发与推广，成功开发出微量氧分析仪Gasboard-3050系列。该产品分辨率达0.1 ppm，量程覆盖0–10 ppm至100% O₂，搭载经现场验证的氧化锆传感器，具备优异的再现性与高速响应特性。

四方仪器微量氧分析仪Gasboard-3052

微量氧分析仪Gasboard-3052

四方仪器微量氧分析仪Gasboard-3052采用远程原位传感器设计，可通过真空接头直接安装于真空腔体，即插即用，其氧化锆传感器寿命长、稳定性高，在适当维护条件下可多年免更换。适用于需持续监测氧浓度的场景，如半导体设备、手套箱、氮气管线、真空腔体及其他低氧/无氧环境，广泛用于半导体制造、OLED生产、3D打印等使用惰性气体的工业场合。

四方仪器氧分析仪Gasboard-3053

氧分析仪Gasboard-3053

该型号为抽取集成式设计，整合了宽量程氧化锆传感器、前处理单元和采样泵，适用于除真空腔体外的多种应用场景，如SMT工艺中的回流焊炉等。

典型应用场景

四方仪器Gasboard-3050系列可满足半导体及相关领域绝大多数氧浓度监测需求，典型应用包括但不限于：

三、结语：以国产替代筑牢半导体产业链的安全防线

从传统经验判断到精准数据驱动，从核心设备依赖进口到关键技术国产替代，四方仪器以全国产自研的气体传感技术平台，为国内半导体企业提供可靠的国产化气体分析解决方案，筑牢我国半导体产业链的安全防线。