Fabricação de sistemas de distribuição de gases na indústria de semicondutores

Na fabricação de semicondutores, os gases fazem todo o trabalho e os lasers recebem toda a atenção. Embora lasers façam a gravação dos padrões de transistores no silício, a etapa que primeiro deposita o silício e descompõe o laser para criar circuitos completos é uma série de gases. Não é surpreendente que esses gases, que são usados para desenvolver microprocessadores através de um processo em várias etapas, sejam de alta pureza. Além dessa limitação, muitos deles têm outras preocupações e limitações. Alguns dos gases são criogênicos, outros são corrosivos, e ainda outros são altamente tóxicos.

No geral, essas limitações tornam a fabricação de sistemas de distribuição de gás para a indústria semicondutora um desafio considerável. As especificações de materiais são exigentes. Além das especificações de materiais, uma matriz de distribuição de gás é uma matriz eletromecânica complexa de sistemas interconectados. Os ambientes em que eles são montados são complexos e sobrepostos. A fabricação final ocorre no local como parte do processo de instalação. O solda orbital ajuda a atender às altas especificações dos requisitos de distribuição de gás enquanto torna a fabricação em ambientes apertados e desafiadores mais gerenciável.

Como a indústria semicondutora utiliza gases

Antes de tentar planejar a fabricação de um sistema de distribuição de gás, é necessário entender pelo menos o básico da fabricação de semicondutores. Em sua essência, semicondutores utilizam gases para depositar sólidos quase elementares em uma superfície de maneira altamente controlada. Esses sólidos depositados são então modificados introduzindo gases adicionais, lasers, agentes químicos de gravação e calor. As etapas no processo geral são:

Deposição: Este é o processo de criação da placa de silício inicial. Gases precursoras de silício são bombeados para uma câmara de deposição a vácuo e formam placas finas de silício através de interações químicas ou físicas.

Fotolitografia: A seção foto refere-se a lasers. No espectro de litografia ultravioleta extrema (EUV) usado para fabricar os chips de maior especificação, um laser de dióxido de carbono é utilizado para gravar a circuitaria do microprocessador na placa.

Gravação: Durante o processo de gravação, um gás halogênio-carbono é bombeado para dentro da câmara para ativar e dissolver materiais selecionados no substrato de silício. Esse processo grava efetivamente a circuitaria impressa a laser no substrato.

Dopagem: Esta é uma etapa adicional que altera a condutividade da superfície gravada para determinar as condições exatas sob as quais o semicondutor conduz.

Recozimento: Neste processo, reações entre as camadas da wafer são desencadeadas por pressão e temperatura elevadas. Essencialmente, ele finaliza os resultados do processo anterior e cria o processador finalizado na wafer.

Limpeza da Câmera e das Linhas: Os gases usados nas etapas anteriores, especialmente na etching (gravura) e doping, são frequentemente altamente tóxicos e reativos. Portanto, a câmara de processo e as linhas de gás que a alimentam precisam ser preenchidas com gases neutralizantes para reduzir ou eliminar reações nocivas, e depois preenchidas com gases inertes para evitar a intrusão de quaisquer gases contaminantes do ambiente externo.

Os sistemas de distribuição de gás na indústria semicondutora são frequentemente complexos devido à grande variedade de gases envolvidos e ao controle rigoroso do fluxo de gás, temperatura e pressão que deve ser mantido ao longo do tempo. Isso se complica ainda mais pela ultra-alta pureza exigida para cada gás no processo. Os gases utilizados na etapa anterior devem ser eliminados das linhas e câmaras ou, de outra forma, neutralizados antes de poder iniciar a próxima etapa do processo. Isso significa que há um grande número de linhas especializadas, interfaces entre o sistema de tubulação soldada e as mangueiras, interfaces entre as mangueiras, tubos e os reguladores e sensores de gás, e interfaces entre todos os componentes mencionados anteriormente e as válvulas e sistemas de vedação projetados para evitar a contaminação do suprimento de gás natural por trocas indevidas.

Além disso, exteriores de salas limpas e gases especiais serão equipados com sistemas de fornecimento de gás em massa em ambientes de salas limpas e áreas confinadas especializadas para mitigar quaisquer perigos no caso de vazamento acidental. Soldar esses sistemas de gás em um ambiente tão complexo não é uma tarefa fácil. No entanto, com cuidado, atenção aos detalhes e o equipamento certo, essa tarefa pode ser realizada com sucesso.

Fabricação de sistemas de distribuição de gás na indústria semicondutora

Os materiais usados em sistemas de distribuição de gás semicondutor são altamente variáveis. Eles podem incluir itens como tubos e mangueiras de metal revestidos com PTFE para resistir a gases altamente corrosivos. O material mais comum usado para tubulação geral na indústria de semicondutores é o aço inoxidável 316L - uma variante de aço inoxidável de baixo carbono. Quando se trata de 316L versus 316, o 316L é mais resistente à corrosão intergranular. Isso é uma consideração importante ao lidar com uma variedade de gases altamente reativos e potencialmente voláteis que podem corroer o carbono. A soldagem do aço inoxidável 316L libera menos precipitados de carbono. Ela também reduz o potencial de erosão dos limites de grãos, o que pode levar à corrosão por pitting em soldas e zonas afetadas pelo calor.

Para reduzir a possibilidade de corrosão de tubulação, levando à corrosão e contaminação da linha de produto, o aço inoxidável 316L soldado com gás de proteção puro de argônio e trilhos de solda com proteção de gás de tungstênio é o padrão na indústria semicondutora. O único processo de soldagem que fornece o controle necessário para manter um ambiente de alta pureza na tubulação de processo. A solda orbital automatizada está disponível apenas na distribuição de gases semicondutores.