半導体産業におけるガス配給システムの製造

半導体製造においては、ガスがすべての作業を行い、レーザーがすべての注目を集めています。レーザーは確かにシリコンにトランジスタパターンを刻みますが、最初にシリコンを堆積させ、回路を完成させるためにレーザーを分解する工程は一連のガスです。これらのガスが使用されるのは驚くことではありませんが、それはマイクロプロセッサを開発するために多段階のプロセスを通じて使用されるため、高い純度が要求されます。この制限に加えて、それらの多くには他の懸念や制限があります。一部のガスは超低温であり、他は腐食性があり、さらに別のものは非常に有毒です。

全体的にこれらの制限は、半導体産業向けのガス配管システムの製造を相当な挑戦にしています。材料仕様は厳しく求められます。さらに、材料仕様に加え、ガス配管アレイは複雑な電気機械式の相互接続されたシステムの集合体です。それらが組み立てられる環境は複雑で重複しています。最終加工は設置プロセスの一環として現地で行われます。軌道溶接は、ガス配管要件の高い仕様を満たすのに役立ちながら、狭く困難な環境での製造をより管理可能にします。

半導体産業がどのようにガスを使用しているか

ガス配管システムの製造を計画する前に、少なくとも半導体製造の基本を理解する必要があります。その核心において、半導体はガスを使用して表面にほぼ元素に近い固体を非常に制御された方法で堆積させます。これらの堆積した固体は、追加のガス、レーザー、化学的エッチング剤、および熱によって変更されます。広範なプロセスのステップは次の通りです：

堆積：これは、初期のシリコンウェハーを作成するプロセスです。シリコン前駆体ガスが真空堆積チャンバーに送り込まれ、化学的または物理的な相互作用を通じて薄いシリコンウェハーが形成されます。

フォトリソグラフィ：「フォト」の部分はレーザーを指します。最高仕様のチップを作るために使用される極端紫外線リソグラフィ（EUV）の高スペクトルでは、二酸化炭素レーザーがウェハーにマイクロプロセッサ回路を刻むのに使用されます。

エッチング：エッチングプロセス中、ハロゲン-炭素ガスがチャンバー内に送り込まれ、シリコン基板内の選択された材料を活性化して溶解します。このプロセスにより、レーザープリントされた回路が基板に効果的に彫刻されます。

ドーピング：これは追加のステップで、エッチングされた表面の伝導性を変更し、半導体が传导する際の正確な条件を決定します。

アニーリング：このプロセスでは、昇温と昇圧によってウェハー層間での反応が引き起こされます。基本的に、これにより前のプロセスの結果が確定し、ウェハー上の最終的なプロセッサが作られます。

チャンバおよびラインのクリーニング: 前の工程で使用されるガス、特にエッチングやドープに使用されるものは、非常に有毒で反応性が高いことがよくあります。そのため、プロセスチャンバとそれに供給するガスラインは、有害な反応を減らすか排除するために中和ガスで満たされ、その後、外部環境からの汚染ガスの侵入を防ぐために不活性ガスで満たされます。

半導体産業におけるガス配管システムは、多くの異なるガスが関与し、時間とともに維持されなければならないガス流量、温度、圧力の厳密な制御のためにしばしば複雑です。これに加えて、プロセス中の各ガスに対して必要とされる超高度な純度がさらに問題を複雑にします。前のステップで使用されたガスは、次のプロセスを開始する前に、ラインやチャンバーから除去されたり、何らかの方法で中和されなければなりません。これは、非常に多くの専用ライン、溶接チューブシステムとホース間のインターフェース、ホースとチューブおよびガスレギュレータやセンサー間のインターフェース、そして前述のすべてのコンポーネントと、自然ガス供給のパイプライン汚染を防ぐために設計されたバルブやシールシステム間のインターフェースがあることを意味します。

さらに、クリーンルームの外観および特殊ガスには、クリーンルーム環境や専用の閉鎖されたエリアにバルクガス供給システムが装備され、万が一の事故漏洩時に発生する可能性のある危険を軽減します。このような複雑な環境でのガスシステムの溶接は簡単な作業ではありません。しかし、慎重さ、細部への注意と適切な設備があれば、このタスクは成功裡に達成できます。

半導体産業におけるガス配管システムの製造

半導体ガス配管システムに使用される材料は非常に多様です。極めて腐食性の高いガスに対して抵抗するために、PTFEライナーメタルパイプやホースなどが含まれる場合があります。半導体産業における一般目的の配管に最も一般的に使用される材料は、316Lステンレス鋼です。これは低炭素ステンレス鋼の一種です。316Lと316を比較すると、316Lは粒界腐食に対する耐性がより高いです。これは、炭素を腐食させる可能性があり、非常に反応性が高く揮発性のあるガスを取り扱う際に重要な考慮事項です。316Lステンレス鋼を溶接すると、炭素析出物が少なくなります。また、粒界の侵食の可能性も減少し、これにより溶接部や熱影響 zona での点状腐食が防げます。

製品ラインの腐食や汚染につながる配管の腐食を減らすために、純粋なアルゴン遮蔽ガスとタングステンガス遮蔽溶接レールを使用して溶接された316Lステンレス鋼は、半導体産業における標準です。プロセス配管内で高純度環境を維持するために必要な制御を提供する唯一の溶接プロセスです。自動オービタル溶接は半導体ガス配給においてのみ利用可能です。