¡El papel fundamental de los sistemas de distribución de gas en la fabricación de la industria de semiconductores!

En la fabricación de semiconductores, los gases hacen todo el trabajo y los láseres reciben toda la atención. Si bien los láseres graban patrones de transistores en silicio, el grabado que primero deposita el silicio y descompone el láser para formar circuitos completos es una serie de gases. No es de extrañar que estos gases, que se utilizan para desarrollar microprocesadores mediante un proceso de varias etapas, sean de gran pureza. Además de esta limitación, muchos de ellos tienen otras preocupaciones y limitaciones. Algunos de los gases son criogénicos, otros son corrosivos y otros son altamente tóxicos.

En definitiva, estas limitaciones hacen que la fabricación de sistemas de distribución de gas para la industria de semiconductores sea un desafío considerable. Las especificaciones de los materiales son exigentes. Además de las especificaciones de materiales, un sistema de distribución de gas es un conjunto electromecánico complejo de sistemas interconectados. Los entornos en los que se ensamblan son complejos y superpuestos. La fabricación final se lleva a cabo en el sitio como parte del proceso de instalación. La soldadura orbital ayuda a cumplir con los requisitos de distribución de gas de alta especificación y, al mismo tiempo, hace que la fabricación en entornos reducidos y desafiantes sea más manejable.

Cómo se utilizan los gases en la industria de los semiconductores

Antes de intentar planificar la fabricación de un sistema de distribución de gas, es necesario comprender al menos los conceptos básicos de la fabricación de semiconductores. En esencia, los semiconductores utilizan gases para depositar sólidos casi elementales en una superficie de una manera altamente controlada. Estos sólidos depositados luego se modifican mediante la introducción de gases, láseres, agentes químicos y calor adicionales. Los pasos del proceso amplio son:

Deposición: este es el proceso de creación de la oblea de silicio inicial. Los gases precursores de silicio se bombean a una cámara de deposición al vacío y forman finas obleas de silicio mediante interacciones químicas o físicas.

Fotolitografía: La sección de fotografías se refiere a láseres. En el espectro de litografía ultravioleta extrema (EUV) más alto que se utiliza para fabricar los chips de mayor especificación, se utiliza un láser de dióxido de carbono para grabar los circuitos del microprocesador en la oblea.

Grabado: durante el proceso de grabado, se bombea gas halógeno-carbono a la cámara para activar y disolver los materiales seleccionados en el sustrato de silicio. Este proceso graba eficazmente los circuitos impresos con láser en el sustrato.

Dopaje: este es un paso adicional que cambia la conductividad de la superficie grabada para determinar las condiciones exactas bajo las cuales conduce el semiconductor.

Recocido: en este proceso, las reacciones entre las capas de oblea se desencadenan por presión y temperatura elevadas. Básicamente, finaliza los resultados del proceso anterior y crea el procesador finalizado en la oblea.

Limpieza de cámaras y líneas: Los gases utilizados en los pasos anteriores, especialmente el grabado y el dopaje, suelen ser altamente tóxicos y reactivos. Por lo tanto, la cámara de proceso y las líneas de gas que la alimentan deben llenarse con gases neutralizantes para reducir o eliminar reacciones dañinas, y luego llenarse con gases inertes para evitar la intrusión de gases contaminantes del ambiente exterior.

Los sistemas de distribución de gas en la industria de los semiconductores suelen ser complejos debido a la gran cantidad de gases diferentes involucrados y al estricto control del flujo, la temperatura y la presión del gas que deben mantenerse a lo largo del tiempo. Esto se complica aún más por la pureza ultraalta requerida para cada gas en el proceso. Los gases utilizados en el paso anterior deben eliminarse de las líneas y cámaras o neutralizarse de otro modo antes de que pueda comenzar el siguiente paso del proceso. Esto significa que existe una gran cantidad de líneas especializadas, interfaces entre sistemas de tubos soldados y mangueras, interfaces entre mangueras y tubos y reguladores y sensores de gas, así como interfaces entre todos los componentes y válvulas y sistemas de sellado mencionados anteriormente diseñados para evitar contaminación de las tuberías del suministro de gas natural por el cambio.

Además, el exterior de las salas blancas y los gases especiales estarán equipados con sistemas de suministro de gas a granel en entornos de salas blancas y áreas confinadas especializadas para mitigar cualquier peligro en caso de fuga accidental. Soldar estos sistemas de gas en un entorno tan complejo no es una tarea fácil. Sin embargo, con cuidado, atención al detalle y el equipo adecuado, esta tarea se puede realizar con éxito.

Fabricación de sistemas de distribución de gas en la industria de semiconductores.

Los materiales utilizados en los sistemas de distribución de gas semiconductores son muy variables. Pueden incluir cosas como tuberías y mangueras metálicas revestidas de PTFE para resistir gases altamente corrosivos. El material más común utilizado para tuberías de uso general en la industria de semiconductores es el acero inoxidable 316L, una variante de acero inoxidable con bajo contenido de carbono. Cuando se trata de 316L frente a 316, el 316L es más resistente a la corrosión intergranular. Esta es una consideración importante cuando se trata de una variedad de gases altamente reactivos y potencialmente volátiles que pueden corroer el carbono. La soldadura de acero inoxidable 316L libera menos precipitados de carbono. También reduce el potencial de erosión de los límites de grano, lo que puede provocar corrosión por picaduras en las soldaduras y zonas afectadas por el calor.

Para reducir la posibilidad de que la corrosión de las tuberías provoque corrosión y contaminación en la línea de productos, el acero inoxidable 316L soldado con gas protector de argón puro y rieles de soldadura protegidos con gas tungsteno es el estándar en la industria de semiconductores. El único proceso de soldadura que proporciona el control necesario para mantener un ambiente de alta pureza en las tuberías de proceso. La soldadura orbital automatizada proporciona sólo el control repetible del proceso necesario para completar la soldadura en la fabricación de sistemas de distribución de gas semiconductores. El hecho de que los cabezales de soldadura orbitales cerrados puedan adaptarse a los espacios difíciles y abarrotados en intersecciones complejas entre áreas de proceso es una ventaja significativa del proceso.

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