Produkcja systemów dystrybucji gazu w przemyśle półprzewodnikowym

W procesie wytwarzania półprzewodników, gazy wykonują całą pracę, a lasery zdobywają całą uwagę. Podczas gdy lasery rysują wzory tranzystorów na krzemu, początkowe zdeponowanie krzemu i rozkładanie go przez laser, aby utworzyć kompletny obwód, to seria gazów. Nie dziwi, że te gazy, które są wykorzystywane do opracowywania mikroprocesorów w wieloetapowym procesie, są wysokiej czystości. Oprócz tej ograniczonej cechy, wiele z nich ma inne troski i ograniczenia. Niektóre z tych gazów są kriogeniczne, inne są korozyjne, a jeszcze inne są wysoce toksyczne.

W zasadzie, te ograniczenia czynią produkcję systemów dystrybucji gazu dla przemysłu półprzewodnikowego znacznym wyzwaniem. Specyfikacje materiałów są wymagające. Oprócz specyfikacji materiałów, tablica dystrybucyjna gazu jest złożoną elektromechaniczną tablicą połączonych systemów. Środowiska, w których są montowane, są złożone i nachodzące na siebie. Ostateczne wykonanie następuje na miejscu jako część procesu instalacji. Złącza orbitalne pomagają spełnić wysokie wymagania dotyczące dystrybucji gazu, jednocześnie czyniąc produkcję w ciasnych, trudnych środowiskach bardziej zarządzalną.

Jak przemysł półprzewodnikowy używa gazów

Przed próbą zaplanowania produkcji systemu dystrybucji gazu konieczne jest zrozumienie przynajmniej podstaw produkcji półprzewodników. W swej istocie, półprzewodniki wykorzystują gazy do osadzania niemal czystych ciał stałych na powierzchni w sposób wysoko kontrolowany. Te osadzone ciała stałe są następnie modyfikowane przez wprowadzenie dodatkowych gazów, lasery, chemikalii etczących i ciepła. Etapy szerokiego procesu to:

Osadzanie: Jest to proces tworzenia początkowego krążka krzemowego. Precursorowe gazy krzemowe są pompowane do komory osadzania w próżni i tworzą cienkie krążki krzemowe za pomocą interakcji chemicznych lub fizycznych.

Fotolitografia: Sekcja foto odnosi się do laserów. W fotolitografii ekstremalnie ultrafioletowej (EUV) stosowanej do produkcji chipów najwyższej specyfikacji, laser dwutlenku węgla jest używany do nanoszenia obwodu mikroprocesorowego na krążek.

Grawerowanie: Podczas procesu grawerowania, gaz halogenowokarbonowy jest wpuszczany do komory, aby aktywować i rozpuszczać wybrane materiały w podłożu krzemu. Ten proces efektywnie wycinuje drukowane laserowo układy elektroniczne na podłożu.

Dopowanie: To dodatkowy krok, który zmienia przewodnictwo dopowanego powierzchni, aby ustalić dokładne warunki, przy których półprzewodnik przewodzi prąd.

Analityka: W tym procesie reakcje między warstwami płytki są wyzwalane przez zwiększone ciśnienie i temperaturę. Istotnie, kończy on wyniki poprzedniego procesu i tworzy ostateczny procesor na płytki.

Czyszczenie komory i linii: Gazy używane w poprzednich krokach, zwłaszcza w etczaniu i dopowaniu, są często bardzo toksyczne i reaktywne. Dlatego komora procesowa oraz linie gazowe zasilające ją muszą być wypełnione gazami neutralizującymi, aby zmniejszyć lub wyeliminować szkodliwe reakcje, a następnie wypełnione gazami bezczynnymi, aby zapobiec przedostawaniu się jakichkolwiek gazów zanieczyszczających z zewnętrznych środowisk.

Systemy dystrybucji gazu w przemyśle półprzewodnikowym są często złożone ze względu na wiele różnych gazów oraz ścisłą kontrolę przepływu gazu, temperatury i ciśnienia, które muszą być utrzymywane w czasie. Sytuacja jest jeszcze bardziej skomplikowana przez wymagania dotyczące ultra-wysokiej czystości każdego gazu używanego w procesie. Gazy zastosowane w poprzednim kroku muszą zostać wywietrzone z lini i komor lub inaczej zneutralizowane przed rozpoczęciem następnego etapu procesu. Oznacza to, że istnieje duża liczba specjalistycznych linii, interfejsów między systemem rurociągów spawanych a gumowymi przewodami, interfejsów między przewodami, rurociągami a regulatorami gazu i czujnikami, oraz interfejsów między wszystkimi wspomnianymi wcześniej elementami a zaworami i systemami pieczętującymi zaprojektowanymi tak, aby uniemożliwić kontaminację rurociągów przez zamianę źródeł gazu naturalnego.

Ponadto, zewnętrzne części izb czystych i gazy specjalistyczne będą wyposażone w systemy zaopatrzenia w gazy w masie w środowiskach izb czystych i specjalizowanych ograniczonych przestrzeniach, aby zmniejszyć wszelkie zagrożenia w razie przypadkowego wycieku. Łączenie tych systemów gazowych w takim złożonym środowisku nie jest łatwym zadaniem. Jednakże, z odpowiednią starannością, uwagą do szczegółów i właściwym sprzętem, to zadanie można pomyślnie wykonać.

Produkcja systemów dystrybucji gazowej w przemyśle półprzewodnikowym

Materiały używane w systemach dystrybucji gazów półprzewodnikowych są bardzo zróżnicowane. Mogą obejmować elementy takie jak rury i śrubki metalowe wyłożone PTFE, aby oprzeć się działaniu wyjątkowo korozyjnych gazów. Najczęściej stosowanym materiałem do ogólnej instalacji rurkowej w przemyśle półprzewodnikowym jest stal nierdzewna 316L - odmiana stali nierdzewnej o niskim zawartości węgla. W przypadku porównania 316L z 316, stal 316L jest bardziej odporna na korozyję międlową międzokrystaliczną. Jest toważne rozważenie przy pracy z szerokim zakresem gazów reaktywnych i potencjalnie lotnych, które mogą korozjonować węgiel. Spawanie stali nierdzewnej 316L powoduje mniejsze wydzielanie się węgla w postaci krzemienia. Redukuje to również ryzyko erozji granic ziaren, co może prowadzić do punktowej korozyji w spawach i strefach podległych wpływowi cieplnemu.

Aby zmniejszyć możliwość korozyji rurek spowodowanej korozyją linii produktowej i zanieczyszczeniami, standardem w przemyśle półprzewodnikowym jest niewęglowa stal nierdzewna 316L spawana z użyciem czystego gazu osłonowego argonu i taflowego spawania tungstenowego. Jedyne rozwiązanie spawalnicze, które zapewnia kontrolę niezbędną do utrzymania środowiska o wysokiej czystości w rurociągach procesowych. Automatyczne spawanie orbitalne dostępne jest wyłącznie w dystrybucji gazów w przemyśle półprzewodnikowym.