Resolvendo desafios de processamento de semicondutores ALD

Como resolver os principais desafios de processamento de semicondutores ALD e ALE

No mundo altamente preciso da fabricação de semicondutores, algumas qualidades essenciais dos componentes do sistema de fluidos são o custo de entrada. Nos processos de deposição de camada atômica (ALD) e gravação de camada atômica (ALE), por exemplo, limpeza extrema - embora cada vez mais difícil de manter à medida que os nós de processo ficam cada vez menores - é fundamental para qualquer componente usado nesses sistemas. O desempenho à prova de vazamentos também é essencial, pois muitos dos gases usados ​​nos sistemas de fluidos do processo de produção podem ser perigosos.

Essas condições podem parecer indicar que o mercado de válvulas, conexões e outros componentes críticos de sistemas de fluidos no mundo dos semicondutores se tornou um pouco comoditizado. Como todas as opções devem fornecer essas características essenciais, pode-se esperar que os níveis de desempenho de uso final entre elas permaneçam relativamente os mesmos, certo?

Não necessariamente. As válvulas de pureza ultra-alta para processamento de semicondutores ALD não são todas iguais, e algumas opções avançadas têm o potencial de ajudar os fabricantes a superar alguns de seus desafios mais urgentes. Abaixo, examinamos os três principais desafios que os fabricantes de semicondutores encontram e como as válvulas de processo ALD certas e outros componentes do sistema de fluido podem ajudá-lo a enfrentar e superar esses desafios com mais confiança.

#1. Lidando com Químicas Instáveis

Como observado, muitos dos gases precursores comuns nos processos de produção ALD e ALE são muitas vezes instáveis ​​e perigosos. Embora a estanqueidade seja essencial no desempenho da válvula, há características adicionais a serem observadas.

Por exemplo, para gerenciar precursores de forma mais eficaz e explorar o uso de novos, pode ser necessário submeter suas válvulas de processo a pressões e temperaturas amplamente variáveis ​​à medida que você busca um fluxo consistente e repetível no estado gasoso. Isso significa que as válvulas devem ter um desempenho previsível e confiável em uma ampla faixa de pressões e temperaturas do sistema, incluindo até 200°C.

Além disso, as válvulas ALD e ALE devem realizar os processos de purga dentro dos mesmos parâmetros precisos da dosagem química inicial. Esse processo de duas etapas envolve a purga do gás precursor com nitrogênio, que também precisa ser purgado. Isso precisa ocorrer de forma rápida e consistente para manter a produção o mais eficiente possível.

As válvulas devem ter um desempenho previsível e confiável em uma ampla faixa de pressões e temperaturas do sistema, incluindo até 200°C.

A mitigação dos efeitos de temperaturas extremas flutuantes e a purga mais eficaz podem ser realizadas com certas válvulas multiporta e manifolds multiválvulas disponíveis. Sua escolha entre essas duas opções depende inteiramente do aplicativo — os manifolds geralmente são mais apropriados para aplicativos em que volumes maiores devem ser eliminados. Mas qualquer um pode ser uma opção vantajosa à medida que você procura enfrentar os desafios exclusivos das novas químicas.

#2. Maximizando o rendimento

As fábricas de hoje estão focadas em uma coisa acima de tudo:maximizar o volume de chips viáveis ​​que podem produzir durante um ciclo de produção.

Embora a velocidade seja importante, a consistência e a repetibilidade são ainda mais críticas. Os processos ALD e ALE geralmente envolvem milhões de doses químicas para serem concluídos. Válvulas de processo especializadas são encarregadas de fornecer consistentemente essas doses de forma confiável, geralmente ao longo de muitos milhões de ciclos. O volume dessas doses químicas pode ser influenciado pela capacidade de vazão da válvula de processo, mas é mais impactado pelos milissegundos em que a válvula de processo está aberta. Pequenas variações no tempo de resposta de atuação da válvula podem levar a mudanças inesperadas na quantidade de produto químico entregue à câmara do processo.

O pequeno tempo de resposta de atuação da válvula pode levar a mudanças inesperadas na quantidade de produto químico entregue à câmara do processo.

Existem algumas métricas ideais para procurar em uma válvula de processo projetada para alto desempenho consistente:

• As válvulas devem fornecer desempenho ideal em temperaturas de processo de até 200°C
Em alguns processos, é útil que eles possam ser totalmente imersos na caixa de gás para fornecer controle preciso sobre a dosagem e a purga dos gases do processo
• Eles devem oferecer fluxo alto e consistente para garantir a conformidade com os padrões de produção. Esse fluxo precisa ser rigidamente controlado e preciso para permanecer dentro das rígidas tolerâncias do processo - portanto, a resposta da válvula e as velocidades de atuação precisam ser o mais rápidas possível.
• As válvulas devem oferecer o mesmo nível de desempenho em milhões de ciclos

#3. Reduzindo o custo total de propriedade

Finalmente, a redução do custo total de propriedade de ferramentas semicondutoras é uma parte importante da eficiência operacional. Alcançar esse objetivo envolve reduzir qualquer tempo de inatividade potencial sempre que possível.

O uso de gases precursores perigosos e corrosivos, bem como flutuações severas de temperatura e pressão, exigem que suas válvulas sejam projetadas e fabricadas especificamente para sistemas ALD/ALE. As considerações de projeto devem incluir os materiais de construção da válvula. Uma formulação de aço inoxidável com um equilíbrio otimizado de ligas de alto desempenho e conteúdo residual é fundamental para ambientes de produção de semicondutores. Níveis elevados de cromo, níquel e molibdênio nas formulações de aço inoxidável ajudarão a aumentar a resistência do material e a capacidade de resistir à corrosão. Certo teor residual também deve permanecer na formulação, incluindo um equilíbrio específico de enxofre para garantir o acabamento e a soldabilidade da superfície do componente de uso final ideal. Seu fabricante deve ser capaz de equilibrar esses atributos críticos de desempenho para atender aos requisitos da aplicação.

A seleção otimizada de materiais pode contribuir para prolongar a vida útil dos componentes, ajudando a reduzir o tempo de inatividade para manutenção, reparo ou substituição. Cada momento de inatividade representa um custo significativo e perda de receita potencial. Considerando o papel crítico que as válvulas desempenham nos processos ALD e ALE (e seu baixo custo em relação a todo o sistema), investir em componentes de sistema de fluido de alto desempenho pode gerar um retorno significativo desse investimento.

Trabalhar com o fornecedor certo para adquirir válvulas de processo ALD e ALE de alta qualidade e confiabilidade também é importante. Idealmente, seu fornecedor demonstrará uma compreensão dos processos da camada atômica e suas complexidades inerentes e poderá ajudá-lo a escolher a válvula certa para suas necessidades. Nossos especialistas em semicondutores têm vasta experiência em ajudar fabricantes de ferramentas semicondutoras e fabricantes de chips a desenvolver seus processos de produção e equipamentos. Se você estiver interessado em saber mais sobre como otimizar seus processos, nossos especialistas estão prontos para iniciar uma conversa.