Небольшие габариты — значительный потенциал. Как усовершенствованные клапаны ALD ведут к успеху в полупроводниковой отрасли.

Один новый клапан — и три причины, которые позволят ему изменить полупроводниковое производство.

Мэтт Ферраро (Matt Ferraro)

На рынке полупроводников не так просто освоиться. Производителям полупроводниковых устройств необходимо обеспечивать неизменно высокую прецизионность очень сложных процессов, в которых используются дорогие материалы, коррозийные газы и экстремальные температуры. Ошибки здесь недопустимы, особенно учитывая постоянную оглядку на конкурентов и ужесточающиеся технологические требования.

В схожих условиях работают и производители оборудования для полупроводниковых производств. Они стараются постоянно увеличивать эффективность оборудования и выделять свою продукцию на фоне конкурентов за счет конструктивных особенностей, чтобы заказчики могли быстро и без потери в качестве получить больше преимуществ. Что еще важнее, они должны постоянно оценивать перспективы, чтобы помочь производителям полупроводниковых устройств находить способы оптимизации техпроцессов и применяемых материалов (например, новых газовых прекурсоров) в гонке за создание новых поколений микросхем.

Многие годы производители полупроводниковых устройств считают оптимизацию процессов атомно-слоевого осаждения (ALD) залогом успеха своего бизнеса. Краеугольным камнем в этих процессах являются клапаны сверхвысокой степени чистоты , имеющие сложную конструкцию для подачи точно выверенных объемов газов в ходе напыления, которое используется в производстве микросхем. Это относительно небольшие компоненты, однако они оказывают огромное влияние на результат производства.

Применяемые в процессах атомно-слоевого осаждения клапаны сверхвысокой степени чистоты — достаточно сложные компоненты по сравнению с клапанами, широко распространенными в других отраслях промышленности, однако производителям полупроводниковых устройств теперь необходимы еще более высокие характеристики, особенно в отношении термостабильности и пропускной способности. Характеристики клапанов ALD существенно не менялись долгие годы, но теперь очевидна необходимость в переменах, которые бы обеспечили достижение полупроводниковой отраслью новых высот в инновациях и производительности.

Поиск потенциала совершенствования

Термостабильность

Клапаны сверхвысокой степени чистоты в процессе атомно-слоевого осаждения необходимо сильно нагревать, чтобы газы с низким давлением парообразования не осаждались преждевременно. Приводы существующих мембранных клапанов сверхвысокой степени чистоты зачастую нельзя полностью погружать в газовую камеру и необходимо термически изолировать, чтобы избежать их отказа. Это может вызвать разницу в степени нагрева различных компонентов клапана. В таком случае может произойти охлаждение проходящих газов (см. рис. 1 — цвета обозначают различающиеся значения температуры).

Это особенно нежелательно при использовании прекурсоров, которым для сохранения газообразного состояния перед напылением необходима стабильная, точно выверенная температура, иначе происходит выпадение осадка и точность дозировки может снижаться. Поскольку на полупроводниковом рынке очень важно постоянство характеристик, исключение факторов, ведущих к их отклонению и нестабильности, только приветствуется.

Расход

Еще одной важной проблемой для производителей полупроводникового оборудования является ограниченная пропускная способность существующих клапанов сверхвысокой степени чистоты, подходящих для процессов атомно-слоевого осаждения. На данный момент мембранные клапаны сверхвысокой степени чистоты обеспечивают расход, величина которого в целом приемлема, однако она снижается при нагреве устройства. Увеличение расхода клапанов может позволить производителям быстрее выпускать полупроводниковые пластины или, по меньшей мере, предоставить им большую гибкость в обеспечении стабильности используемых газовых прекурсоров, что в результате может также повысить их выручку.

Возможность экспериментировать

Сегодня в производстве полупроводников есть немало сложностей, но существует и потребность в экспериментах с новыми процессами и средами, которые бы обеспечили конкурентное преимущество в будущем.

Производители видят возможность совершенствования текущих технологий производства микросхем и процессов атомно-слоевого осаждения в применении сверхлегких газовых прекурсоров, однако существующие технологии производства клапанов ALD не обеспечивают достаточно стабильный и высокий расход, чтобы избежать перепада давления в различных частях клапана, из-за которого газы с низким давлением парообразования могут перейти в другое фазовое состояние. На рисунке 2 показано, как величина расхода влияет на перепад давления в трех различных клапанах.

Производители могут снизить расход в своих техпроцессах на достаточную величину, чтобы добиться малого перепада давления, позволяющего применять подобные газовые прекурсоры с низким давлением парообразования, однако обычно такой подход экономически нецелесообразен из-за ухудшения общей эффективности системы. Новые достижения в технологии производства клапанов сверхвысокой степени чистоты станут ключевым фактором, который поможет производителям полупроводников открыть новые горизонты без чрезмерных финансовых расходов.

Три проблемы — одно решение

К счастью, на рынке появилось новое поколение клапанов ALD , конструктивные нововведения которых выглядят достаточно перспективными для отрасли производства микросхем. У нас три основания для оптимизма.

1. Клапаны могут полностью погружаться в газовую камеру.

В этой сфере ключевым фактором является постоянство, и теперь вероятность выпадения осадка и неравномерного осаждения ниже по сравнению с прошлым поколением процессов ALD. Новая конструкция позволяет нагревать весь клапан до температуры 200 °C (392 °F), поскольку для обеспечения целостности и точности дозирования больше не нужно изолировать привод. Теперь производители полупроводниковых устройств могут быть уверены, что газы, проходящие через клапаны ALD нового поколения, будут нагреваться равномерно и нестабильность процесса будет в некоторой степени снижена. На рисунке 3 показано идеальное состояние термостабильности. Сравните с рисунком 1, где температура варьируется.

2. Расход может быть намного выше.

Ведущие производители полупроводниковых устройств теперь могут обеспечить более высокий расход, к которому они стремятся, без необходимости жертвовать чистотой и долговечностью компонентов. У существующих клапанов коэффициент расхода Cv составляет 0,6, а у новых — в два раза больше (Cv=1,2) при тех же габаритах (1,5 дюйма), что позволит предприятиям увеличить производство без переоснащения и других значительных вмешательств в техпроцесс. Однако если у производителя есть возможность применить новые клапаны ALD с несколько большими габаритами (1,75 дюйма), это обеспечит тройное увеличение коэффициента расхода (до Cv=1,7) по сравнению с предыдущим поколением клапанов.

Такое значительное увеличение пропускной способности стало возможным за счет использования в новых клапанах ALD сильфонной конструкции вместо привычной мембранной. Сильфонные клапаны допускают больший расход, а сильфоны в новых клапанах ALD проходят полировку поверхности до значения Ra=5 мкм, чтобы обеспечить сверхвысокую степень чистоты, которую производители ожидают от мембранных клапанов, представленных на рынке в настоящее время. На рисунке 4 в центре клапана показан сильфон. Новая конструкция — это сочетание наилучших возможностей обеих технологий, обеспечивающее клапану сверхвысокой степени чистоты сверхвысокий срок службы.

3. Улучшенные характеристики обеспечивают инновационное применение.

Теперь те из производителей полупроводниковых устройств, которые привыкли смотреть в будущее, будут менее ограничены в инновациях. Новая технология производства клапанов ALD обеспечивает высокие показатели и долговечность, которые позволят производителям полупроводниковых устройств освоить в работе новые области периодической таблицы элементов, экспериментируя с газовыми прекурсорами с низким давлением парообразования для нахождения материалов с более высокими характеристиками, чем те, которые применяются в процессах атомно-слоевого осаждения сегодня. Термостабильность и более высокий расход — не единственные преимущества новых клапанов ALD. Они также предлагаются в вариантах исполнения из материалов с высокой коррозионной стойкостью, таких как сплав 22, а значит, допускают применение более агрессивных химических веществ без необходимости беспокоиться о проблемах с точечной и щелевой коррозией.

Усовершенствованная технология для сложных условий.

Новые клапаны сверхвысокой степени чистоты, такие как недавно выпущенный компанией Swagelok клапан released UHP ALD20, могут произвести переворот на рынке, ведь они позволяют производителям полупроводниковых устройств добиться высококачественного напыления без снижения эффективности техпроцесса. Тем не менее неизменным останется предъявление амбициозных, быстро меняющихся требований к производителям в полупроводниковой отрасли.

Пока производители оборудования и полупроводниковых устройств вносят изменения в свои процессы и конструкцию систем с прицелом на максимально эффективное применение современных компонентов, таких как ALD20, компания Swagelok по-прежнему стремится к инновациям и непрерывному совершенствованию в своей области — и в партнерстве со своими заказчиками разрабатывает новые решения отраслевых проблем. Работа на рынке полупроводников означает постоянное стремление к поэтапному совершенствованию, и компания Swagelok может помочь в этом деле.

Чтобы узнать подробнее о клапанах сверхвысокой степени чистоты для полупроводниковой отрасли и конкретно о новом клапане ALD20 от компании Swagelok, воспользуйтесь приведенными ниже ссылками. Чтобы обсудить, как новейшие технологии производства клапанов ALD могут принести пользу вашему предприятию, обратитесь в региональный центр продаж и сервисного обслуживания.

Изучить новый клапан UHP ALD20 для систем с высоким расходом