Преодоление ключевых вызовов ALD и ALE в полупроводниковой обработке

Как решить главные проблемы полупроводниковой обработки ALD и ALE

В высокоточном мире полупроводникового производства некоторые существенные качества компонентов жидкостных систем являются условием входа. В процессах атомно-слоевосного осаждения (ALD) и атомно-слоевого травления (ALE), например, экстремальная чистота — которая становится все труднее для поддержания по мере уменьшения процессных узлов — критична для любого компонента, используемого в этих системах. Герметичность также обязательна, так как многие газы, используемые в производственных жидкостных системах, могут быть опасными.

Эти условия могут создавать впечатление, что рынок клапанов, фитингов и других критичных компонентов жидкостных систем в полупроводниковом мире стал немного товарным. Поскольку все варианты должны обеспечивать эти существенные характеристики, можно ожидать, что конечные уровни производительности останутся относительно одинаковыми — верно?

Не обязательно. Ультравысокочистые клапаны для ALD полупроводниковой обработки не все созданы равными, и некоторые передовые варианты имеют потенциал помочь фабрикантам преодолеть некоторые из их самых насущных проблем. Ниже мы рассматриваем три главных вызова, с которыми сталкиваются фабриканты полупроводников, и как правильные клапаны ALD процесса и другие компоненты жидкостных систем могут помочь вам решить и преодолеть эти вызовы более уверенно.

#1. Работа с нестабильной химией

Как отмечалось, многие предшествующие газы, распространенные в производственных процессах ALD и ALE, часто нестабильны и опасны. Хотя герметичность критична для производительности клапанов, есть дополнительные характеристики, на которые стоит обратить внимание.

Например, для более эффективного управления предшественниками и исследования использования новых, вам может потребоваться подвергнуть ваши процессные клапаны широко варьирующимся давлениям и температурам в стремлении к последовательному, повторяемому газообразному потоку. Это означает, что клапаны должны предсказуемо и надежно работать в широком диапазоне системных давлений и температур, включая до 200°C.

Кроме того, клапаны ALD и ALE должны выполнять процессы пурга в тех же точных параметрах, что и начальная дозировка химикатов. Этот двухэтапный процесс включает пург предшествующего газа азотом, который затем также должен быть выпурган. Это должно происходить быстро и последовательно, чтобы производство оставалось максимально эффективным.

Клапаны должны предсказуемо и надежно работать в широком диапазоне системных давлений и температур, включая до 200°C.

Смягчение эффектов колебания экстремальных температур и более эффективный пург можно достичь с определенными доступными многопортовыми клапанами и многоклапанными коллекторами. Ваш выбор между этими двумя вариантами полностью зависит от приложения — коллекторы обычно более подходят для приложений, где должны быть выпурганы большие объемы. Но любой из них может быть преимущественным вариантом, когда вы ищете способы справиться с уникальными вызовами новой химии.

#2. Максимизация выходного коэффициента (yield)

Сегодня фабрики сфокусированы на одной вещи выше всего: максимизации объема жизнеспособных чипов, которые они могут произвести за производственный цикл.

Хотя скорость важна, согласованность и повторяемость еще более критичны. Процессы ALD и ALE часто включают миллионы химических доз для завершения. Специализированные процессные клапаны должны последовательно доставлять эти дозы надежно, часто за многие миллионы циклов. Объем этих химических доз может зависеть от пропускной способности процессного клапана, но больше влияют миллисекунды, в течение которых процессный клапан открыт. Малые вариации во времени отклика актуации процессного клапана могут привести к неожиданным изменениям в количестве химиката, доставляемого в процессную камеру.

Малые вариации во времени отклика актуации клапана могут привести к неожиданным изменениям в количестве химиката, доставляемого в процессную камеру.

Есть несколько оптимальных метрик, на которые стоит смотреть в процессном клапане, разработанном для последовательно высокой производительности:

• Клапаны должны обеспечивать оптимальную производительность при процессных температурах до 200°C
• В некоторых процессах полезно, если они могут быть полностью погружены в газовый бокс для точного управления дозировкой и пургом процессных газов
• Они должны предлагать высокую, стабильную пропускную способность для соответствия производственным стандартам. Этот поток должен быть жестко контролируем и точен, чтобы оставаться в строгих процессных допусках — поэтому скорость отклика и актуации клапана должна быть максимально быстрой.
• Клапаны должны доставлять тот же уровень производительности за миллионы циклов

#3. Снижение общей стоимости владения

Наконец, снижение общей стоимости владения (TCO) для полупроводникового оборудования — важная часть операционной эффективности. Достижение этой цели включает сокращение любого потенциального простоя где только возможно.

Использование опасных и коррозионных предшествующих газов, а также сильных колебаний температуры и давления, требует, чтобы ваши клапаны были спроектированы и изготовлены специально для систем ALD/ALE. Проектные соображения должны включать материалы клапана. Формулировка нержавеющей стали с оптимизированным балансом высокопроизводительных сплавов и остаточного содержания критична для производственных сред полупроводников. Повышенные уровни хрома, никеля и молибдена в формулировках нержавеющей стали помогут увеличить как прочность материала, так и способность выдерживать коррозию. Определенное остаточное содержание также должно оставаться в формулировке, включая специфический баланс серы для обеспечения оптимальной отделки поверхности конечных компонентов и свариваемости. Ваш производитель должен уметь балансировать эти критические атрибуты производительности под требования приложения.

Оптимизированный выбор материалов может способствовать увеличению срока службы компонентов, помогая сократить простой на обслуживание, ремонт или замену. Каждая минута простоя представляет значительные затраты и потерю потенциальной выручки. Учитывая критическую роль, которую клапаны играют в процессах ALD и ALE (и их низкую стоимость относительно всей системы), инвестиции в более производительные компоненты жидкостных систем могут дать значительный возврат инвестиций.

Работа с правильным поставщиком для закупки высококачественных, высоконадежных процессных клапанов ALD и ALE также важна. Идеально, ваш поставщик продемонстрирует понимание атомно-слоевых процессов и их внутренних сложностей и поможет направить вас к правильному выбору клапана для ваших потребностей. Наши специалисты по полупроводникам имеют обширный опыт помощи производителям полупроводникового оборудования и фабрикантам чипов в эволюции их производственных процессов и оборудования. Если вы заинтересованы в узнавании о том, как оптимизировать ваши процессы, наши специалисты готовы начать разговор.