Productie van gasdistributiesystemen in de semiconductorindustrie

Bij de vervaardiging van halvegeleiders doen gassen al het werk en krijgen lasers al de aandacht. Hoewel lasers de transistormodellen in de silicium graveren, is de stof die eerst het silicium afzet en de laser ontbindt om volledige schakelingen te maken een reeks van gassen. Het is niet verrassend dat deze gassen, die worden gebruikt om microprocessoren te ontwikkelen door een meervoudig proces, van hoge reinheid zijn. Behalve deze beperking hebben veel van hen andere zorgen en beperkingen. Sommige gassen zijn kryogeen, anderen zijn corrosief, en nog andere zijn hoogst toxisch.

In het algemeen maken deze beperkingen de productie van gasdistributiesystemen voor de semiconductorindustrie tot een aanzienlijke uitdaging. De materiaalspecificaties zijn streng. Naast de materiaalspecificaties is een gasdistributiearray een complex elektromechanisch systeem van onderling verbonden systemen. De omgevingen waarin ze worden samengesteld zijn complex en overlappend. De eindfabricage vindt ter plaatse plaats als onderdeel van het installatieproces. Orbitale lassen helpen aan de hoge specificaties van gasdistributievereisten te voldoen, terwijl tegelijkertijd de productie in strakke, uitdagende omgevingen beter beheersbaar wordt.

Hoe de semiconductorindustrie gassen gebruikt

Voordat je een poging doet om de productie van een gasdistributiesysteem te plannen, is het noodzakelijk om tenminste de basisprincipes van halvegeleidersproductie te begrijpen. In essentie gebruiken halvegeleiders gassen om bijna elementaire vaste stoffen op een oppervlak af te zetten op een zeer gecontroleerde manier. Deze afgezette vaste stoffen worden vervolgens gewijzigd door extra gassen toe te voegen, lasers te gebruiken, chemische etchants en hitte toe te passen. De stappen in het brede proces zijn:

Afstoting: Dit is het proces waarbij de initiële siliciumwafer wordt gemaakt. Siliciumprecursor-gassen worden gepompt in een vacuüm-depositiekamer en vormen dunne siliciumwafers door chemische of fysieke interacties.

Fotolithografie: Het foto-deel verwijst naar lasers. In het extreme ultraviolette lithografie (EUV)-spectrum dat wordt gebruikt om de hoogst gespecificeerde chips te maken, wordt een kooldioxide-laser gebruikt om de microprocessor-circuitry in de wafer aan te brengen.

Graveren: Tijdens het graveringsproces wordt halogeen-koolstofgas gepompt in de kamer om materialen in de silicatenel te activeren en op te lossen. Dit proces graveert de laser-geprinte schakeling effectief in de tel.

Doperen: Dit is een extra stap die de gevoeligheid van het gegrafte oppervlak verandert om de exacte omstandigheden te bepalen waarbij de halvegeleider geleidt.

Auwarmen: In dit proces worden reacties tussen de waferlagen door verhoogde druk en temperatuur getriggerd. Essentieel gesproken, het finaliseert de resultaten van het vorige proces en creëert de eindige processor in de wafer.

Kamer- en lijnreiniging: De gassen die worden gebruikt in de eerdere stappen, vooral bij het eten en dopen, zijn vaak zeer giftig en reactief. Daarom moeten de proceskamer en de gasleidingen die erheen leiden worden gevuld met neutraliserende gassen om schadelijke reacties te verminderen of te elimineren, en vervolgens worden gevuld met edelgassen om het binnendringen van verstofferende gassen uit de buitenste omgeving te voorkomen.

Gasdistributiesystemen in de semiconductorindustrie zijn vaak complex vanwege de vele verschillende gassen die erbij betrokken zijn en de strakke controle van gasstroom, temperatuur en druk die over tijd moet worden onderhouden. Dit wordt nog verder gecompliceerd door de ultra-hoge zuiverheid die vereist wordt voor elk gas in het proces. De gassen die gebruikt zijn in de vorige stap moeten worden weggespoeld uit de leidingen en kamers of op een andere manier geneutraliseerd voordat het volgende processtap kan beginnen. Dit betekent dat er een groot aantal gespecialiseerde leidingen zijn, interfaces tussen het gelaste buizensysteem en de slangen, interfaces tussen de slangen en buizen en de gasregelaars en sensoren, en interfaces tussen al deze eerder genoemde componenten en de kleppen en afsluitsystemen die ontworpen zijn om te voorkomen dat de aardgasvoorziening wordt vervuild door het verwisselen van onderdelen.

Daarnaast zullen cleanroom-exteriores en specialiteitsgassen uitgerust worden met bulk gasvoorzieningssystemen in cleanroom-omgevingen en gespecialiseerde beperkte ruimtes om eventuele gevaren te verminderen bij ongelukkige lekkages. Het lassen van deze gas systemen in zo'n complexe omgeving is geen eenvoudige taak. Met zorg, aandacht voor detail en het juiste uitrusting kan deze taak echter succesvol worden voltooid.

Productie van gasdistributiesystemen in de semiconductorindustrie

De materialen die worden gebruikt in gasdistributiesystemen voor halvegeleiders zijn zeer variabel. Ze kunnen onder andere dingen omvatten zoals PTFE-beklede metalen buizen en slangen om hoog corrosieve gassen te weerstaan. Het meest gebruikte materiaal voor algemeen doeleinde pijpen in de halvegeleiderindustrie is 316L roestvrij staal - een laag-koolstofvariant van roestvrij staal. Wanneer het gaat over 316L versus 316, is 316L weerstandiger tegen korrelcorrosie. Dit is een belangrijke overweging bij het hanteren van een scala aan hoog reactieve en potentieel vluchtige gassen die koolstof kunnen corroderen. Bij het lassen van 316L roestvrij staal worden minder koolstofneerslag vrijgelaten. Het verminderd ook het risico op korrelgrensvertering, wat kan leiden tot pitten-corrosie in lasnaden en hitte-geïnfluenceerde zones.

Om de mogelijkheid van pijpleiding corrosie, leidend tot corrosie en verontreiniging van de productlijn, te verminderen, is 316L roestvrij staal dat met zuiver argon als schildgas en tungsten gas beschermd wordt gesoldeerd de standaard in de semiconductorindustrie. Het enige soldeerproces dat de benodigde controle biedt om een hoogzuivere omgeving in procespijpen te handhaven is automatische orbitale soldeering, die enkel beschikbaar is in gasdistributiesystemen voor de semiconductorindustrie.