Небольшие размеры, большой потенциал:как усовершенствованные клапаны ALD будут способствовать успеху полупроводников

Один новый клапан. Три причины, по которым это может изменить производство полупроводников.

Мэтт Ферраро, менеджер по продуктам, полупроводники

Рынок полупроводников не так прост. Производители полупроводниковых пластин находятся под постоянным давлением, чтобы поддерживать максимальную точность в очень сложных процессах, в которых используются дорогие материалы, агрессивные газы и экстремальные температуры. Здесь мало места для ошибок, особенно с учетом дополнительной нагрузки, связанной с конкуренцией и быстро меняющимися технологическими требованиями.

OEM-производители полупроводниковых приборов находятся под таким же давлением. Они постоянно работают над повышением эффективности своих инструментов и дифференциацией дизайна своих продуктов от продуктов конкурентов, чтобы клиенты могли добиться большего за меньшее время без ущерба для качества. Возможно, что еще более важно, они также должны постоянно смотреть вперед, находя способы, позволяющие производителям оптимизировать свои процессы и входные данные (например, новые газы-прекурсоры), поскольку они стремятся ввести технологию микросхем следующего поколения.

В течение многих лет производители полупроводников считали оптимизацию процессов атомно-слоевого осаждения (ALD) критически важной для успеха своего бизнеса. Важнейшим элементом этих процессов являются клапаны сверхвысокой чистоты (UHP), высокотехнологично спроектированные для подачи точных доз газов во время процесса осаждения, используемого для создания полупроводниковых чипов. Будучи относительно небольшими компонентами, эти клапаны оказывают огромное влияние на успех или неудачу процесса создания чипа.

Клапаны UHP, используемые в процессах ALD, довольно продвинуты по сравнению с клапанами, обычно используемыми в общепромышленных приложениях, однако производители полупроводников в последнее время все еще ищут более высокие характеристики, когда речь идет о таких факторах, как термическая стабильность и пропускная способность. Возможности клапанов ALD не претерпели существенных изменений за многие годы, однако очевидно, что изменения необходимы, если полупроводниковая промышленность хочет выйти на новый уровень инноваций и производительности.

Признание возможностей для улучшения

Термическая стабильность

Клапаны сверхвысокого давления должны быть нагреты до высоких температур во время процесса ALD, чтобы предотвратить преждевременное затвердевание газов с низким давлением паров. Однако приводы на существующих мембранных клапанах UHP часто не могут быть полностью погружены в газовую камеру и должны быть теплоизолированы для сохранения их функциональности. Это может вызвать несоответствие температуры между различными компонентами клапана. Когда это происходит, может происходить охлаждение проходящих газов, как показано на Рисунке 1, с разными цветами, представляющими разные температуры.

Это особенно проблематично при использовании прекурсоров, которые требуют точной температурной стабильности, чтобы оставаться в газообразном состоянии до осаждения, что приводит к нежелательному накоплению остатков, что приводит к непостоянству дозирования. Учитывая важность повторяемости на рынке полупроводников, многие приветствовали бы устранение любых потенциальных отклонений или несоответствий.

Скорость потока

Еще одной ключевой проблемой для OEM-производителей и производителей полупроводниковых инструментов является ограниченная пропускная способность существующих клапанов UHP, подходящих для процессов ALD. В то время как существующие мембранные клапаны UHP обеспечивают скорости потока, которые до сих пор были в целом приемлемыми, эти скорости могут снижаться по мере нагрева клапана. Повышение пропускной способности клапанов может повысить скорость, с которой производители могут производить полупроводниковые пластины, или, по крайней мере, может позволить им повысить гибкость процесса для обеспечения стабильности их газов-предшественников, потенциально увеличивая доходы в процессе.

Возможность экспериментировать

Несмотря на то, что сегодня производство полупроводников сталкивается с множеством проблем, существует также необходимость экспериментировать с новыми процессами и средами, которые могут обеспечить конкурентное преимущество завтра.

У производителей есть потенциал для улучшения современной технологии микрочипов и процессов ALD за счет использования новых высокореактивных газов-предшественников, но существующая технология клапана ALD в настоящее время не обеспечивает стабильно высокую скорость потока, необходимую для предотвращения перепада давления на клапане, который может вызывают изменение состояния газов с низким давлением паров. На рис. 2 показано, как расход может влиять на перепад давления в трех разных клапанах.

Изготовители могут снизить скорость потока в своем процессе настолько, чтобы добиться низкого перепада давления, необходимого для использования этих газов-предшественников с низким давлением паров, но это, как правило, экономически невыгодно из-за необходимого снижения общей эффективности системы. Улучшения в технологии клапанов UHP станут ключом к тому, чтобы помочь производителям полупроводников понять, что будет дальше, не жертвуя финансовой устойчивостью.

Три проблемы, одно решение

Хорошей новостью является то, что на рынок выходит следующее поколение клапанов ALD, и их конструктивные улучшения по сравнению с существующей технологией клапанов ALD открывают большие перспективы для будущего производства микрочипов. Вот три причины для позитивного прогноза.

1. Клапаны полностью погружаются в газовую камеру.

В приложениях, где постоянство является ключевым фактором, риск несоответствий накопления или осаждения теперь меньше по сравнению с современными процессами ALD. Конструкция новых клапанов ALD позволяет нагреть весь клапан до 200°C (392°F), поскольку нет необходимости изолировать привод для сохранения его целостности или точности дозирования. Это означает, что производители полупроводников могут быть уверены, что газы, проходящие через клапаны ALD следующего поколения, будут подвергаться воздействию одинаковой температуры, что устраняет некоторую степень изменчивости процесса. На рис. 3 показано идеальное состояние термической стабильности по сравнению с рис. 1 с различными температурами.

2. Скорость потока может быть намного выше.

Лидеры полупроводниковой отрасли теперь могут достигать желаемых высоких скоростей потока, не жертвуя чистотой или долговечностью компонентов. В то время как существующие клапаны могут обеспечивать коэффициент расхода 0,6 Cv, новые клапаны могут обеспечивать удвоенный расход (1,2 Cv) при той же занимаемой площади (1,5 дюйма), что позволяет производителям инструментов обеспечивать большую производительность без необходимости переоснащения или других значительных изменений процесса. Однако, если у производителя есть возможность внедрить новые клапаны ALD с немного большей площадью основания (1,75 дюйма), они могут почти втрое увеличить скорость потока существующих клапанов ALD, достигнув коэффициента расхода до 1,7 Cv.

Эти существенные улучшения пропускной способности стали возможными благодаря новым клапанам ALD с сильфонной конструкцией, а не с традиционной диафрагменной конструкцией. Сильфонные клапаны способны работать с более высокими скоростями потока, а сильфоны внутри новых клапанов ALD тщательно отполированы до шероховатости Ra 5 мкдюйм, чтобы достичь производительности UHP, которую производители ожидают от мембранных клапанов, используемых в настоящее время на рынке. На рисунке 4 вы можете видеть сильфон в центре клапана. Новая конструкция сочетает в себе лучшие характеристики обеих технологий клапанов в одном клапане UHP со сверхвысоким сроком службы.

3. Улучшенные характеристики производительности позволяют внедрять инновации.

Дальновидные игроки в полупроводниковой промышленности теперь будут менее ограничены с точки зрения инноваций. Новая технология клапанов ALD обеспечивает производительность и долговечность, позволяющие производителям полупроводников работать в новых областях периодической таблицы элементов, экспериментируя с газами-предшественниками с низким давлением паров, чтобы найти материалы, которые могут работать лучше, чем те, которые используются в процессах ALD сегодня. Помимо поддержания постоянной температуры и обеспечения более высоких скоростей потока, новые клапаны ALD предлагаются из материалов с высокой коррозионной стойкостью, таких как Alloy 22, что означает, что для обработки можно использовать более агрессивные химические вещества, не опасаясь проблематичной точечной или щелевой коррозии.

Лучший вариант для требовательной отрасли.

Новые клапаны UHP, такие как недавно выпущенный клапан UHP ALD20 компании Swagelok, обладают огромным потенциалом для изменения рынка, предоставляя производителям полупроводников необходимое высококачественное осаждение без ущерба для эффективности процесса. Что, однако, не изменится, так это конкурентные, быстро меняющиеся требования к производителям в полупроводниковой промышленности.

В то время как производители и производители инструментов корректируют свои процессы и конструкции систем, чтобы наилучшим образом использовать передовые компоненты, такие как ALD20, компания Swagelok по-прежнему будет по-прежнему привержена инновациям и постоянному совершенствованию, сотрудничая с клиентами для разработки следующего решения отраслевых задач. Работа на рынке полупроводников означает постоянное непрерывное совершенствование, и компания Swagelok может помочь вам в этом.

Чтобы узнать больше о клапанах UHP для полупроводниковой промышленности или, в частности, о новом клапане Swagelok ALD20, перейдите по ссылкам ниже. Чтобы начать разговор о том, какие выгоды вы можете получить от новейшей технологии клапанов ALD, обратитесь в местный центр продаж и обслуживания.