Революция в полупроводниковом производстве: передовая технология клапанов ALD для большей точности

Один новый клапан. Три причины, почему он может изменить полупроводниковое производство.

Мэтт Ферраро, менеджер по продуктам, полупроводники

Полупроводниковый рынок — не легкий для навигации. Фабриканты полупроводниковых вейферов находятся под постоянным давлением поддерживать максимальную точность в высоко сложных процессах, включающих дорогие материалы, коррозионные газы и экстремальные температуры. Мало места для ошибки, особенно учитывая дополнительное напряжение от необходимости 따라 за конкуренцией и быстро меняющимися технологическими требованиями.

OEM производители полупроводникового оборудования находятся под похожим давлением. Они непрерывно работают над улучшением эффективности своих инструментов и дифференциацией своих дизайнов от конкурентов, чтобы клиенты могли достигать большего за меньшее время без жертв качества. Возможно, еще важнее, они должны постоянно смотреть вперед, находя способы позволить фабрикантам оптимизировать свои процессы и входы (такие как новые предшествующие газы) в гонке за введение следующего поколения чип-технологий.

Годами производители полупроводников видели оптимизацию процессов атомно-слоевого осаждения (ALD) как критичную для успеха своих бизнесов. Необходимы для этих процессов ультравысокочистые (UHP) клапаны, которые высокоинженерно спроектированы для доставки точных доз газов в процессе осаждения, используемом для создания полупроводниковых чипов. Будучи относительно небольшими компонентами, эти клапаны имеют огромное влияние на успех или неудачу процесса построения чипа.

UHP клапаны, используемые в процессах ALD, довольно передовые по сравнению с клапанами, обычно встречающимися в общих промышленных приложениях, тем не менее производители полупроводников все еще находили себя ищущими более высокую производительность по факторам вроде термической стабильности и пропускной способности последнее время. Возможности клапанов ALD не менялись драматически многие годы, однако очевидно, что изменения нужны, если полупроводниковая отрасль должна достичь новых уровней инноваций и производительности.

Признание места для улучшения

Термическая стабильность

UHP клапаны должны нагреваться до высоких температур в процессе ALD, чтобы держать газы с низким паровым давлением от преждевременного конденсирования. Однако актуаторы на существующих UHP диафрагменных клапанах часто не могут быть полностью погружены в газовый бокс и должны быть термически изолированы для поддержания своей функциональности. Это может вызвать расхождение температуры между разными компонентами клапана. Когда это происходит, охлаждение передаваемых газов может произойти, как видно на Рисунке 1, где разные цвета представляют разные температуры.

Это особенно проблематично при использовании предшественников, требующих точной термической стабильности для оставания в газообразном состоянии до осаждения, что приводит к нежелательному накоплению осадка и нестабильной дозировке. Учитывая важность повторяемости на полупроводниковом рынке, устранение любого потенциала для вариаций или несоответствий было бы приветствовано многими.

Пропускная способность

Еще один ключевой вызов для OEM производителей инструментов и фабрикантов — ограниченная пропускная способность существующих UHP клапанов, подходящих для процессов ALD. Хотя существующие UHP диафрагменные клапаны предлагают скорости потока, которые в целом были приемлемы до сих пор, эти скорости могут падать при нагреве клапана. Повышение пропускной способности клапанов могло бы повысить скорость, с которой фабриканты могут производить полупроводниковые вейферы — или хотя бы позволить им большую гибкость процесса для обеспечения стабильности их предшествующих газов — потенциально увеличивая выручку.

Способность к экспериментированию

Пока существует множество вызовов, присущих полупроводниковому производству сегодня, также есть необходимость экспериментировать с новыми процессами и средами, которые могут обеспечить конкурентное преимущество завтра.

Существует потенциал для фабрикантов улучшить сегодняшнюю микрочиповую технологию и процессы ALD, используя новые высокореактивные предшествующие газы, но существующая технология клапанов ALD в настоящее время не обеспечивает последовательно высокую пропускную способность, необходимую для избежания падения давления через клапан, которое может заставить газы с низким паровым давлением менять состояния. Рисунок 2 иллюстрирует, как пропускная способность может влиять на падение давления в трех разных клапанах.

Фабриканты могут замедлить расход в своем процессе достаточно, чтобы достичь низкого падения давления, необходимого для использования этих предшествующих газов с низким паровым давлением, но это в целом не экономически целесообразно из-за необходимого снижения общей системной эффективности. Улучшения в технологии UHP клапанов станут ключом к помощи полупроводниковым производителям в открытии нового без жертв финансовой устойчивости.

Три вызова, одно решение

Хорошая новость в том, что следующее поколение клапанов ALD выходит на рынок, и их конструктивные улучшения над существующей технологией клапанов ALD несут большие обещания для будущего микрочипового производства. Вот три причины для позитивного взгляда.

1. Клапаны полностью погружаемы в газовый бокс.

В приложении, где последовательность ключева, теперь меньше риска накопления или несоответствий осаждения по сравнению с сегодняшними процессами ALD. Дизайн новых клапанов ALD позволяет нагревать весь клапан до 200°C (392°F), так как актуатору не нужно быть изолированным для поддержания своей целостности или дозировочной точности. Это значит, что фабриканты полупроводников могут быть уверены, что газы, проходящие через клапаны следующего поколения ALD, будут подвергаться равномерной температуре, убирая некоторую степень вариативности из процесса. Рисунок 3 показывает идеальное состояние термической стабильности, по сравнению с Рисунком 1 с его вариативными температурами.

2. Пропускные способности могут быть значительно выше.

Лидеры полупроводниковой отрасли теперь могут достичь больших пропускных способностей, которых они искали, без компромиссов по чистоте или долговечности компонентов. Тогда как существующие клапаны могут предлагать коэффициент потока 0.6 Cv, новые клапаны могут предлагать удвоенный поток (1.2 Cv) в том же футпринте (1.5 дюйма), позволяя производителям инструментов обеспечивать больший выход без переоборудования или других значительных изменений процесса. Если, однако, фабрикант имеет гибкость внедрить новые клапаны ALD с немного большим футпринтом (1.75 дюйма), они могут почти утроить пропускную способность существующих клапанов ALD, достигая коэффициентов потока до 1.7 Cv.

Эти существенные улучшения пропускной способности станут возможными благодаря новым клапанам ALD с дизайном баллона вместо традиционного диафрагменного дизайна. Клапаны с баллоном способны на более высокие скорости потока, а баллоны внутри новых клапанов ALD высокополированы до финиша 5 мкдюйм Ra для достижения UHP производительности, к которой производители привыкли от диафрагменных клапанов, используемых сейчас на рынке. На Рисунке 4 вы можете увидеть баллон, расположенный в центре клапана. Новый дизайн объединяет лучшие черты обеих технологий клапанов в один UHP клапан с ультравысоким циклом жизни.

3. Улучшенные атрибуты производительности позволяют инновациям.

Мыслящие вперед игроки в полупроводниковой отрасли теперь будут менее ограничены с перспективы инноваций. Новая технология клапанов ALD обеспечивает производительность и долговечность, позволяя производителям полупроводников работать в новых областях периодической таблицы элементов, экспериментируя с предшествующими газами с низким паровым давлением, чтобы найти материалы, которые могут работать лучше, чем то, что используется в процессах ALD сегодня. Помимо поддержания постоянной температуры и допуска более высоких скоростей потока, новые клапаны ALD предлагаются в высококоррозионностойких материалах, таких как Сплав 22, означая, что более агрессивные химии могут использоваться для обработки без опасений по поводу проблемной точечной или щелевой коррозии.

Лучший вариант для требовательной отрасли.

Новые UHP клапаны, такие как недавно выпущенный UHP клапан ALD20 Swagelok, имеют большой потенциал изменить рынок, давая производителям полупроводников высококачественное осаждение, им нужное, без жертв эффективности процесса. Что не изменится, так это конкурентные, быстро меняющиеся требования к производителям в полупроводниковой отрасли.

Пока производители инструментов и фабриканты адаптируют свои процессы и системные дизайны для наилучшего использования передовых компонентов вроде ALD20, Swagelok останется преданным инновациям и непрерывному улучшению в своем собственном праве — партнерствуя с клиентами для разработки следующего решения для вызовов отрасли. Работа на полупроводниковом рынке означает пребывание на постоянном пути итеративного улучшения, и Swagelok может помочь вам в этом пути.

Чтобы узнать больше о UHP клапанах для полупроводниковой отрасли, или в частности о новом клапане ALD20 Swagelok, посетите ссылки ниже. Чтобы начать разговор о том, как ваши операции могут выиграть от последней технологии клапанов ALD, свяжитесь с вашим местным центром продаж и сервиса.