Le rôle critique des systèmes de distribution de gaz dans la fabrication de l'industrie des semi-conducteurs !

Dans la fabrication des semi-conducteurs, les gaz font tout le travail et les lasers attirent toute l’attention. Alors que les lasers gravent des motifs de transistors dans le silicium, la gravure qui dépose d'abord le silicium et décompose le laser pour créer des circuits complets est une série de gaz. Il n’est pas surprenant que ces gaz, utilisés pour développer des microprocesseurs selon un processus en plusieurs étapes, soient d’une grande pureté. En plus de cette limitation, nombre d’entre eux ont d’autres préoccupations et limitations. Certains gaz sont cryogéniques, d’autres sont corrosifs et d’autres encore sont hautement toxiques.

Dans l’ensemble, ces limitations font de la fabrication de systèmes de distribution de gaz pour l’industrie des semi-conducteurs un défi considérable. Les spécifications des matériaux sont exigeantes. Outre les spécifications des matériaux, un réseau de distribution de gaz est un ensemble électromécanique complexe de systèmes interconnectés. Les environnements dans lesquels ils sont assemblés sont complexes et se chevauchent. La fabrication finale a lieu sur place dans le cadre du processus d'installation. Le soudage orbital permet de répondre aux exigences élevées de distribution de gaz tout en rendant plus gérable la fabrication dans des environnements restreints et difficiles.

Comment les gaz sont utilisés dans l'industrie des semi-conducteurs

Avant de tenter de planifier la fabrication d’un système de distribution de gaz, il est nécessaire de comprendre au moins les bases de la fabrication des semi-conducteurs. À la base, les semi-conducteurs utilisent des gaz pour déposer des solides quasi élémentaires sur une surface de manière hautement contrôlée. Ces solides déposés sont ensuite modifiés en introduisant des gaz supplémentaires, des lasers, des agents chimiques d'attaque et de la chaleur. Les étapes du processus global sont les suivantes :

Dépôt : Il s’agit du processus de création de la plaquette de silicium initiale. Les gaz précurseurs du silicium sont pompés dans une chambre de dépôt sous vide et forment de fines tranches de silicium par interactions chimiques ou physiques.

Photolithographie : La section photo fait référence aux lasers. Dans le spectre de lithographie ultraviolette extrême (EUV) le plus élevé utilisé pour fabriquer les puces aux spécifications les plus élevées, un laser au dioxyde de carbone est utilisé pour graver les circuits du microprocesseur dans la tranche.

Gravure : pendant le processus de gravure, du gaz halogène-carbone est pompé dans la chambre pour activer et dissoudre les matériaux sélectionnés dans le substrat de silicium. Ce processus grave efficacement les circuits imprimés au laser sur le substrat.

Dopage : Il s'agit d'une étape supplémentaire qui modifie la conductivité de la surface gravée pour déterminer les conditions exactes dans lesquelles le semi-conducteur est conducteur.

Recuit : dans ce processus, les réactions entre les couches de plaquettes sont déclenchées par une pression et une température élevées. Essentiellement, il finalise les résultats du processus précédent et crée le processeur finalisé dans la tranche.

Nettoyage des chambres et des conduites : Les gaz utilisés dans les étapes précédentes, notamment la gravure et le dopage, sont souvent hautement toxiques et réactifs. Par conséquent, la chambre de traitement et les conduites de gaz qui l'alimentent doivent être remplies de gaz neutralisants pour réduire ou éliminer les réactions nocives, puis remplies de gaz inertes pour empêcher l'intrusion de tout gaz contaminant provenant de l'environnement extérieur.

Les systèmes de distribution de gaz dans l'industrie des semi-conducteurs sont souvent complexes en raison des nombreux gaz différents impliqués et du contrôle strict du débit, de la température et de la pression du gaz qui doivent être maintenus au fil du temps. Ceci est encore compliqué par la très haute pureté requise pour chaque gaz dans le processus. Les gaz utilisés à l'étape précédente doivent être évacués des conduites et des chambres ou neutralisés d'une autre manière avant que l'étape suivante du processus puisse commencer. Cela signifie qu'il existe un grand nombre de lignes spécialisées, d'interfaces entre les systèmes de tubes soudés et les flexibles, d'interfaces entre les flexibles et les tubes et les régulateurs et capteurs de gaz, ainsi que des interfaces entre tous les composants mentionnés précédemment et les vannes et les systèmes d'étanchéité conçus pour empêcher la contamination des gazoducs de l'approvisionnement en gaz naturel soit remplacée.

De plus, les gaz spéciaux et extérieurs des salles blanches seront équipés de systèmes d'approvisionnement en gaz en vrac dans les environnements de salle blanche et les zones confinées spécialisées pour atténuer tout risque en cas de fuite accidentelle. Souder ces systèmes à gaz dans un environnement aussi complexe n’est pas une tâche facile. Cependant, avec du soin, une attention aux détails et le bon équipement, cette tâche peut être accomplie avec succès.

Fabrication de systèmes de distribution de gaz dans l'industrie des semi-conducteurs

Les matériaux utilisés dans les systèmes de distribution de gaz semi-conducteurs sont très variables. Ils peuvent inclure des éléments tels que des tuyaux et des tuyaux métalliques revêtus de PTFE pour résister aux gaz hautement corrosifs. Le matériau le plus couramment utilisé pour la tuyauterie à usage général dans l'industrie des semi-conducteurs est l'acier inoxydable 316L, une variante en acier inoxydable à faible teneur en carbone. En ce qui concerne le 316L par rapport au 316, le 316L est plus résistant à la corrosion intergranulaire. Il s’agit d’une considération importante lorsqu’il s’agit d’une gamme de gaz hautement réactifs et potentiellement volatils qui peuvent corroder le carbone. Le soudage de l’acier inoxydable 316L libère moins de précipités de carbone. Cela réduit également le risque d'érosion des joints de grains, qui peut entraîner une corrosion par piqûres dans les soudures et les zones affectées par la chaleur.

Pour réduire le risque de corrosion des canalisations entraînant une corrosion et une contamination de la ligne de produits, l'acier inoxydable 316L soudé avec du gaz de protection à l'argon pur et des rails de soudure protégés par du gaz de tungstène est la norme dans l'industrie des semi-conducteurs. Le seul procédé de soudage qui offre le contrôle nécessaire pour maintenir un environnement de haute pureté dans la tuyauterie de procédé. Le soudage orbital automatisé fournit uniquement le contrôle de processus reproductible nécessaire pour terminer la soudure dans la fabrication de systèmes de distribution de gaz à semi-conducteurs. Le fait que les têtes de soudage orbitales fermées puissent s'adapter aux espaces encombrés et difficiles aux intersections complexes entre les zones de processus constitue un avantage significatif du processus.

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