Los Tres Principales Desafíos del Proceso ALD y Cómo Solucionarlos

Cómo Solucionar los Principales Retos del Procesamiento de Semiconductores mediante ALD y ALE

En el mundo de la fabricación de semiconductores, de gran precisión, algunas cualidades esenciales de los componentes de los sistemas de fluidos son el coste inicial. En los procesos de deposición de capas atómicas (ALD) y de grabado de capas atómicas (ALE), por ejemplo, la limpieza extrema—aunque cada vez más difícil de mantener a medida que los nodos del proceso se hacen más pequeños—es fundamental para cualquier componente utilizado en estos sistemas. El rendimiento estanco también es imprescindible, ya que muchos de los gases utilizados en los sistemas de fluidos del proceso de producción pueden ser peligrosos.

Estas condiciones parecen indicar que el mercado de válvulas, racores y otros componentes para sistemas de fluidos críticos en el mundo de los semiconductores se ha transformado en un producto básico. Dado que todas las opciones deben ofrecer estas características esenciales, cabe esperar que los niveles de rendimiento del uso final en todas ellas serán relativamente iguales—¿verdad?

Pues no necesariamente. Las válvulas ALD para fabricación de semiconductores de ultra alta pureza no son todas iguales, y algunas opciones avanzadas tienen el potencial de ayudar a los fabricantes a superar algunos de sus retos más importantes. A continuación, examinamos los tres principales retos a los que se enfrentan los fabricantes de semiconductores y cómo las válvulas de proceso ALD y otros componentes para sistemas de fluidos adecuados pueden ayudarle a solucionar y superar esos retos con mayor seguridad.

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#1. Manipulación de Productos Químicos Inestables

Como hemos visto, muchos de los gases precursores habituales en los procesos de producción de ALD y ALE suelen ser inestables y peligrosos. Aunque la estanqueidad es esencial en el rendimiento de las válvulas, hay otras características que hay que tener en cuenta.

Por ejemplo, para gestionar los precursores con mayor eficacia y explorar el uso de otros nuevos, es posible que tenga que someter sus válvulas de proceso a presiones y temperaturas muy variables mientras busca un caudal en estado gaseoso consistente y repetible. Esto significa que las válvulas deben tener un rendimiento predecible y fiable en una amplia gama de presiones y temperaturas del sistema hasta 200°C.

Además, las válvulas ALD y ALE deben realizar los procesos de purga dentro de los mismos parámetros precisos que la dosificación química inicial. Este proceso de dos pasos implica la purga del gas precursor con nitrógeno, que luego debe ser purgado también. Esto debe ocurrir de forma rápida y consistente para que la producción sea lo más eficiente posible.

Las válvulas deben tener un rendimiento predecible y fiable en una amplia gama de presiones y temperaturas del sistema hasta 200°C.

Se pueden reducir los efectos de la fluctuación de las temperaturas extremas y purgar de forma más eficaz con ciertas válvulas multipuerto y manifolds multiválvulas disponibles. La elección entre estas dos opciones depende totalmente de la aplicación—los manifolds suelen ser más apropiados para las aplicaciones en las que hay que purgar volúmenes mayores. Pero cualquiera de las dos puede ser una opción beneficiosa cuando se trata de afrontar los desafíos únicos de los nuevos productos químicos.

#2. Optimización del Rendimiento

Las plantas actuales se centran en una cosa por encima de todo: maximizar la cantidad de chips de calidad que pueden producir durante un ciclo de producción.

Aunque la velocidad es importante, la consistencia y la repetitividad son aún más importantes. Los procesos ALD y ALE suelen requerir millones de dosis químicas para su desarrollo. Las válvulas de proceso especializadas se encargan de suministrar esas dosis de forma constante y fiable, a menudo durante muchos millones de ciclos. El volumen de estas dosis químicas puede depender de la capacidad de caudal de la válvula de proceso, pero afectan más a los milisegundos en los que la válvula de proceso está abierta. Pequeñas variaciones en el tiempo de respuesta de actuación de la válvula pueden provocar cambios imprevistos en la cantidad de producto químico suministrado a la cámara de proceso.

Un tiempo de respuesta corto de la actuación de la válvula puede dar lugar a cambios imprevistos en la cantidad de producto químico suministrado a la cámara de proceso.

Hay algunos parámetros básicos que hay que buscar en una válvula de proceso diseñada para obtener un alto rendimiento constante:

• Las válvulas deben ofrecer un rendimiento óptimo a temperaturas de proceso hasta 200°C
En algunos procesos, es útil que puedan sumergirse completamente en la cámara de gas para ofrecer un control preciso sobre la dosificación y la purga de los gases de proceso
• Tienen que ofrecer un caudal elevado y constante para asegurar el cumplimiento de las normas de producción. Este caudal debe ser muy controlado y preciso para mantenerse dentro de las estrictas tolerancias del proceso—por lo que la respuesta de la válvula y la velocidad de actuación deben ser lo más rápidas posible.
• Las válvulas deben ofrecer el mismo nivel de rendimiento durante millones de ciclos

#3. Reducir el Coste Total de Propiedad

Por último, la reducción del coste total de propiedad de las herramientas para semiconductores es una parte importante de la eficiencia operativa. Conseguir este objetivo implica reducir cualquier posible parada siempre que sea posible.

La utilización de gases precursores peligrosos y corrosivos, así como las grandes fluctuaciones de temperatura y presión, requieren que sus válvulas estén diseñadas y fabricadas específicamente para los sistemas ALD/ALE. Las consideraciones de diseño deben incluir los materiales de construcción de las válvulas. Una formulación de acero inoxidable con un buen equilibrio de aleaciones de alto rendimiento y contenido residual es fundamental para los entornos de producción de semiconductores. Unos niveles elevados de cromo, níquel y molibdeno en las fórmulas de acero inoxidable ayudarán a mejorar tanto la resistencia de los materiales como su capacidad de soportar la corrosión. Cierto contenido residual debe permanecer en la fórmula, como una proporción concreta de azufre para asegurar el óptimo acabado superficial y soldabilidad de los componentes de uso final. Su proveedor debe poder compensar estos atributos críticos de rendimiento para adaptarse a los requisitos de las aplicaciones.

La selección adecuada de materiales puede contribuir a alargar la vida útil de los componentes, ayudando a reducir las paradas por mantenimiento, reparación o sustitución. Cada minuto de inactividad representa un coste significativo y una pérdida de ingresos potenciales. Teniendo en cuenta el papel fundamental que desempeñan las válvulas en los procesos de ALD y ALE (y su bajo coste en relación con todo el sistema), la inversión en componentes para sistemas de fluidos de mayor rendimiento puede suponer un importante retorno de esa inversión.

También es importante trabajar con el proveedor adecuado para obtener válvulas para procesos ALD y ALE de alta calidad y fiabilidad. En el mejor de los casos, su proveedor demostrará que conoce los procesos de capas atómicas y sus complejidades propias y podrá guiarle hacia la selección de la válvula adecuada para sus necesidades. Nuestros especialistas en semiconductores tienen una amplia experiencia en ayudar a los fabricantes de herramientas para semiconductores y a los fabricantes de chips a perfeccionar sus procesos y equipos de producción. Si está interesado en saber más sobre cómo optimizar sus procesos, nuestros especialistas están preparados para empezar a hablar con Vd.

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