Superando os Principais Desafios no Processamento ALD e ALE de Semicondutores

Como Resolver os Principais Desafios do Processamento ALD e ALE de Semicondutores

No mundo altamente preciso da fabricação de semicondutores, algumas qualidades essenciais de componentes de sistemas de fluidos são o custo de entrada. Em 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 menores – é crítica de qualquer componente usado nestes sistemas. Desempenho estanque a vazamentos também é obrigatório, pois muitos dos gases usados em sistemas de fluidos do processo de produção podem ser perigosos.

Estas condições podem parecer indicar que o mercado para válvulas, conexões e outros componentes críticos de sistemas de fluidos no mundo dos semicondutores se tornou um tanto commoditizado. Como todas as opções devem fornecer estas características essenciais, níveis de desempenho de uso final entre eles podem ser esperados para permanecer relativamente os mesmos – certo?

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

#1. Manuseio de Químicas Instáveis

Como observado, muitos dos gases precursores comuns em processos de produção ALD e ALE são frequentemente instáveis e perigosos. Embora estanqueidade a vazamentos seja essencial no desempenho da válvula, existem características adicionais a procurar.

Por exemplo, para gerenciar precursores mais efetivamente e explorar o uso de novos, você pode precisar submeter suas válvulas de processo a pressões e temperaturas amplamente variadas enquanto busca fluxo gasoso consistente e repetível. Isso significa que as válvulas devem realizar de forma previsível e confiável em uma ampla gama de pressões e temperaturas do sistema, incluindo até 200°C.

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

As válvulas devem realizar de forma previsível e confiável em uma ampla gama de pressões e temperaturas do sistema, incluindo até 200°C.

Mitigar os efeitos de temperaturas extremas flutuantes e purgar mais efetivamente pode ser realizado com certas válvulas multiponto e manifolds multiválvulas disponíveis. Sua escolha entre estas duas opções é inteiramente dependente da aplicação – manifolds são tipicamente mais apropriados para aplicações onde volumes maiores devem ser purgados. Mas qualquer um pode ser uma opção vantajosa à medida que você busca lidar com os desafios únicos de novas químicas.

#2. Maximizando o Rendimento

As fabs 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, consistência e repetibilidade são ainda mais críticas. Processos ALD e ALE frequentemente envolvem milhões de doses químicas para completar. Válvulas de processo especializadas são encarregadas de entregar consistentemente essas doses de forma confiável, frequentemente por muitos milhões de ciclos. O volume dessas doses químicas pode ser influenciado pela capacidade de vazão da válvula de processo, mas são mais impactados 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 químico entregue à câmara de processo.

Pequeno tempo de resposta de atuação da válvula pode levar a mudanças inesperadas na quantidade de químico entregue à câmara de processo.

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

• As válvulas devem fornecer desempenho ideal em temperaturas de processo tão altas quanto 200°C
• Em alguns processos, é útil se elas puderem ser totalmente imersas na caixa de gás para fornecer controle preciso sobre a dosagem e purga de gases de processo
• Elas devem oferecer vazão alta e consistente para garantir conformidade com padrões de produção. Esta vazão precisa ser rigidamente controlada e precisa para permanecer dentro de tolerâncias estritas de processo – então a resposta e velocidades de atuação da válvula precisam ser o mais rápidas possível.
• As válvulas devem entregar o mesmo nível de desempenho através de milhões de ciclos

#3. Reduzindo o Custo Total de Propriedade

Finalmente, reduzir o custo total de propriedade para ferramentas de semicondutores é uma parte importante da eficiência operacional. Alcançar este objetivo envolve reduzir qualquer tempo de inatividade potencial onde quer que seja possível.

O uso de gases precursores perigosos e corrosivos, bem como flutuações severas de temperatura e pressão, exige que suas válvulas sejam projetadas e fabricadas especificamente para sistemas ALD/ALE. Considerações de design 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 crítico para ambientes de produção de semicondutores. Níveis elevados de cromo, níquel e molibdênio em formulações de aço inoxidável ajudarão a aumentar tanto a resistência do material quanto a capacidade de suportar corrosão. Certos conteúdos residuais também devem permanecer na formulação, incluindo um equilíbrio específico de enxofre para garantir acabamento de superfície ideal de componentes de uso final e soldabilidade. 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 vida útil estendida do componente, ajudando a reduzir tempo de inatividade para manutenção, reparo ou substituição. Cada momento de inatividade representa custo significativo e perda de receita potencial. Considerando o papel crítico que as válvulas desempenham nos processos ALD e ALE (e seu baixo custo relativo ao sistema inteiro), investir em componentes de sistemas de fluidos de desempenho mais alto pode render um retorno significativo sobre esse investimento.

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