تصنيع أنظمة توزيع الغاز في صناعة أشباه الموصلات

في تصنيع أشباه الموصلات، تقوم الغازات بكل العمل ويحظى الليزر بكل الاهتمام. في حين أن الليزر يقوم بحفر أنماط الترانزستور في السيليكون، فإن الحفر الذي يترسب السيليكون أولاً ويكسر الليزر لعمل دوائر كاملة هو عبارة عن سلسلة من الغازات. وليس من المستغرب أن تكون هذه الغازات، التي تستخدم في تطوير المعالجات الدقيقة من خلال عملية متعددة المراحل، عالية النقاء. بالإضافة إلى هذا القيد، لدى الكثير منهم مخاوف وقيود أخرى. بعض الغازات مبردة، وبعضها الآخر مسبب للتآكل، والبعض الآخر شديد السمية.

وبشكل عام، فإن هذه القيود تجعل تصنيع أنظمة توزيع الغاز لصناعة أشباه الموصلات تحديًا كبيرًا. مواصفات المواد تطالب. بالإضافة إلى مواصفات المواد، فإن مجموعة توزيع الغاز عبارة عن مجموعة كهروميكانيكية معقدة من الأنظمة المترابطة. البيئات التي يتم تجميعها فيها معقدة ومتداخلة. يتم التصنيع النهائي في الموقع كجزء من عملية التثبيت. يساعد اللحام المداري على تلبية المواصفات العالية لمتطلبات توزيع الغاز مع جعل التصنيع في بيئات ضيقة ومليئة بالتحديات أكثر قابلية للإدارة.

كيف تستخدم صناعة أشباه الموصلات الغازات

قبل محاولة التخطيط لتصنيع نظام توزيع الغاز، من الضروري أن نفهم على الأقل أساسيات تصنيع أشباه الموصلات. في جوهرها، تستخدم أشباه الموصلات الغازات لترسيب المواد الصلبة شبه العنصرية على السطح بطريقة يتم التحكم فيها بدرجة عالية. يتم بعد ذلك تعديل هذه المواد الصلبة المترسبة عن طريق إدخال غازات إضافية، وأشعة الليزر، والمنمشات الكيميائية، والحرارة. الخطوات في العملية الواسعة هي:

الترسيب: هذه هي عملية إنشاء رقاقة السيليكون الأولية. يتم ضخ غازات سلائف السيليكون في غرفة ترسيب مفرغة وتشكيل رقائق سيليكون رقيقة من خلال التفاعلات الكيميائية أو الفيزيائية.

الطباعة الحجرية الضوئية: يشير قسم الصور إلى الليزر. في طيف الطباعة الحجرية فوق البنفسجية القصوى (EUV) المستخدم لصنع رقائق بأعلى المواصفات، يتم استخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون لحفر دوائر المعالجات الدقيقة في الرقاقة.

النقش: أثناء عملية النقش، يتم ضخ غاز الهالوجين والكربون إلى الغرفة لتنشيط وإذابة المواد المختارة في ركيزة السيليكون. تعمل هذه العملية على نقش الدوائر المطبوعة بالليزر بشكل فعال على الركيزة.

المنشطات: هذه خطوة إضافية تعمل على تغيير موصلية السطح المحفور لتحديد الظروف الدقيقة التي يتم في ظلها توصيل أشباه الموصلات.

التلدين: في هذه العملية، يتم تحفيز التفاعلات بين طبقات الرقاقة بسبب ارتفاع الضغط ودرجة الحرارة. بشكل أساسي، يقوم بإنهاء نتائج العملية السابقة وإنشاء المعالج النهائي في الرقاقة.

تنظيف الغرفة والخط: غالبًا ما تكون الغازات المستخدمة في الخطوات السابقة، وخاصة الحفر والتطعيم، شديدة السمية والتفاعلية. لذلك، يجب ملء غرفة المعالجة وخطوط الغاز المغذية لها بالغازات المعادلة لتقليل أو إزالة التفاعلات الضارة، ومن ثم ملؤها بالغازات الخاملة لمنع دخول أي غازات ملوثة من البيئة الخارجية.

غالبًا ما تكون أنظمة توزيع الغاز في صناعة أشباه الموصلات معقدة بسبب وجود العديد من الغازات المختلفة المعنية والتحكم الدقيق في تدفق الغاز ودرجة الحرارة والضغط الذي يجب الحفاظ عليه بمرور الوقت. ومما يزيد الأمر تعقيدًا النقاء العالي جدًا المطلوب لكل غاز في العملية. يجب طرد الغازات المستخدمة في الخطوة السابقة من الخطوط والغرف أو تحييدها بطريقة أخرى قبل أن تبدأ الخطوة التالية من العملية. وهذا يعني أن هناك عدد كبير من الخطوط المتخصصة، والواجهات بين نظام الأنابيب الملحومة والخراطيم، والواجهات بين الخراطيم والأنابيب ومنظمات الغاز وأجهزة الاستشعار، والواجهات بين جميع المكونات المذكورة سابقاً والصمامات وأنظمة الختم مصممة لمنع تلوث خطوط الأنابيب لإمدادات الغاز الطبيعي.

بالإضافة إلى ذلك، سيتم تجهيز الأجزاء الخارجية للغرف النظيفة والغازات المتخصصة بأنظمة إمداد الغاز السائب في بيئات الغرف النظيفة والمناطق الضيقة المتخصصة للتخفيف من أي مخاطر في حالة حدوث تسرب عرضي. إن لحام أنظمة الغاز هذه في مثل هذه البيئة المعقدة ليس بالمهمة السهلة. ومع ذلك، مع العناية والاهتمام بالتفاصيل والمعدات المناسبة، يمكن إنجاز هذه المهمة بنجاح.

تصنيع أنظمة توزيع الغاز في صناعة أشباه الموصلات

المواد المستخدمة في أنظمة توزيع غاز أشباه الموصلات متغيرة للغاية. يمكن أن تشمل أشياء مثل الأنابيب والخراطيم المعدنية المبطنة بـ PTFE لمقاومة الغازات شديدة التآكل. المادة الأكثر شيوعًا المستخدمة لأنابيب الأغراض العامة في صناعة أشباه الموصلات هي الفولاذ المقاوم للصدأ 316L - وهو نوع من الفولاذ المقاوم للصدأ منخفض الكربون. عندما يتعلق الأمر بـ 316L مقابل 316، فإن 316L يكون أكثر مقاومة للتآكل الحبيبي. يعد هذا أحد الاعتبارات المهمة عند التعامل مع مجموعة من الغازات شديدة التفاعل والمتطايرة والتي يمكن أن تؤدي إلى تآكل الكربون. يؤدي لحام الفولاذ المقاوم للصدأ 316L إلى إطلاق رواسب كربون أقل. كما أنه يقلل من احتمالية تآكل حدود الحبوب، مما قد يؤدي إلى تآكل اللحامات والمناطق المتضررة من الحرارة.

لتقليل احتمالية تآكل الأنابيب الذي يؤدي إلى تآكل خط الإنتاج والتلوث، فإن الفولاذ المقاوم للصدأ 316L الملحوم بغاز الأرجون النقي وقضبان اللحام المحمية بغاز التنغستن هو المعيار في صناعة أشباه الموصلات. عملية اللحام الوحيدة التي توفر التحكم اللازم للحفاظ على بيئة عالية النقاء في عملية الأنابيب. اللحام المداري الآلي متاح فقط في توزيع غاز أشباه الموصلات