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背景
成果
技術特點
延伸應用

背景

在半導體與先進封裝製程中，下流式（Downstream）電漿清洗機被廣泛應用於去除晶圓表面有機污染物、光阻殘留與製程殘留物。

由於設備空間與機台高度限制，下流式電漿清洗機之抽氣泵與排氣管路配置，往往無法位於腔體正中央，而是偏置於一側。此種結構配置容易導致腔體內流場非對稱，使通過晶圓表面的電漿氣體分布產生不均，進而影響清洗效果一致性。為改善此問題，設備內部通常會設計氣流分配板，利用多孔結構重新分配流量。

然而，實務上多孔板孔徑配置、開孔率分布與抽氣位置間的交互影響十分複雜，若僅依經驗法則或簡化計算進行設計，極易產生局部流量集中或嚴重偏流現象。

本案例中，客戶針對既有設計提出三項關鍵疑慮：第一，氣流分配板設計是否能有效達成氣流均勻化；第二，抽氣口與負壓艙連接處是否形成流量瓶頸；第三，Showerhead 各孔流量是否存在顯著不均。為避免量產後才發現流場問題而導致設備效能不穩或重新設計成本，客戶委託瑞其科技導入 CFD 數值模擬，對整體流場與關鍵部位流量分布進行定量分析

成果

本案例透過完整 CFD 模型，計算腔體內氣體流動行為，量化氣流分配板、抽氣口連接區與 Showerhead 之流量分布狀況，並以實際數據回應客戶三大疑慮。

首先，在氣流分配板方面，客戶原始設計採用大小兩種孔徑配置，期望藉由孔徑差異達成流量補償。然而，CFD 分析結果顯示，原設計下，與抽氣口同側之流量僅占總流量約23%，而靠近抽氣口對側之流量高達77%，兩側流量相差達2.3倍，屬於嚴重流量不均。

此結果清楚顯示，原設計之孔徑配置未能有效平衡腔體內的整體流動阻抗，反而導致流量集中於特定區域。瑞其科技依據 CFD 結果提供專業設計建議，調整多孔板孔徑分布與局部開孔率配置。經設計變更後重新分析，結果顯示抽氣口同側與對側流量分別為總流量的51%與49%，兩側流量差異大幅降低至僅約2%，成功達成近乎對稱的流量分布。

其次，在抽氣口與負壓艙連接處方面，透過壓力分佈雲圖與流線分析，可明確觀察到該區域壓力變化為連續且平順，並未出現局部高壓降或流動阻塞現象。此結果證實，該連接處並非流量瓶頸，氣體不會於此處堆積或造成顯著抽氣效率損失，成功解除客戶對管路設計合理性的疑慮。

第三，在 Showerhead 流量分析方面，CFD 結果顯示各孔之流量差異控制於5%以內，整體分布相當均勻，未發現明顯的局部過量或不足供氣問題。此結果代表 Showerhead 設計在現行架構下可提供穩定且一致的氣體供應條件。依客戶需求，瑞其科技亦提供 Showerhead 流動方式與流線結果圖，作為客戶內部設計與製程討論之輔助依據。本案例不僅以量化數據驗證原設計潛在問題，更透過模擬導向的設計修正，使關鍵流量分布由嚴重不均優化為高度均衡，有效降低製程風險並提升設備設計信心。

技術特點

以 CFD 數值模擬建立完整之設備內部流動模型，將原本難以透過量測與經驗判斷的流場問題，轉化為可視化、可量化、可優化的工程數據。
模型涵蓋氣流分配板、抽氣口、負壓艙與 Showerhead 等關鍵結構，完整考慮各區域之流阻與幾何交互影響。
直接量化不同區域對總流量之貢獻，精準指出流量失衡來源。
藉由壓力分佈與流線視覺化，可有效辨識潛在瓶頸、局部壓降集中區與可能形成渦流或停滯區之位置。

延伸應用

蝕刻機、CVD、PVD、ALD 等製程設備之氣體分配結構設計，協助優化反應腔內流場均勻性，降低製程變異並提升製程視窗穩定度。

對於任何具備多孔結構之流量平衡元件，如氣體分配盤、緩衝板、混氣腔體、排氣均壓結構等，皆可透過相同方法進行設計驗證與優化，以避免實機量產後才發現流場失衡問題。