Fabricação de sistemas de distribuição de gás na indústria de semicondutores

Na fabricação de semicondutores, os gases fazem todo o trabalho e os lasers recebem toda a atenção. Embora os lasers gravem padrões de transistores no silício, a gravação que primeiro deposita o silício e quebra o laser para formar circuitos completos é uma série de gases. Não é de surpreender que esses gases, usados ​​para desenvolver microprocessadores por meio de um processo de vários estágios, sejam de alta pureza. Além desta limitação, muitos deles apresentam outras preocupações e limitações. Alguns dos gases são criogênicos, outros são corrosivos e outros ainda são altamente tóxicos.

Em suma, estas limitações tornam a produção de sistemas de distribuição de gás para a indústria de semicondutores um desafio considerável. As especificações dos 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 são montados são complexos e sobrepostos. A fabricação final ocorre no local como parte do processo de instalação. A soldagem orbital ajuda a atender às altas especificações dos requisitos de distribuição de gás, ao mesmo tempo que torna a fabricação em ambientes apertados e desafiadores mais gerenciável.

Como a indústria de semicondutores utiliza gases

Antes de tentar planejar a fabricação de um sistema de distribuição de gás, é necessário compreender pelo menos os fundamentos da fabricação de semicondutores. Basicamente, os semicondutores usam gases para depositar sólidos quase elementares em uma superfície de maneira altamente controlada. Esses sólidos depositados são então modificados pela introdução de gases, lasers, agentes químicos químicos e calor adicionais. As etapas do processo amplo são:

Deposição: Este é o processo de criação do wafer de silício inicial. Gases precursores de silício são bombeados para uma câmara de deposição a vácuo e formam finas pastilhas de silício por meio de interações químicas ou físicas.

Fotolitografia: A seção de fotos refere-se a lasers. No espectro de litografia ultravioleta extrema (EUV) usado para fabricar chips de especificação mais alta, um laser de dióxido de carbono é usado para gravar o circuito do microprocessador no wafer.

Gravura: Durante o processo de gravação, gás halogênio-carbono é bombeado para dentro da câmara para ativar e dissolver materiais selecionados no substrato de silício. Este processo grava efetivamente o circuito impresso 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, as reações entre as camadas do wafer são desencadeadas por pressão e temperatura elevadas. Essencialmente, finaliza os resultados do processo anterior e cria o processador finalizado no wafer.

Limpeza de Câmara e Linha: Os gases utilizados nas etapas anteriores, especialmente ataque químico e dopagem, 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 prejudiciais e, em seguida, preenchidas com gases inertes para evitar a intrusão de quaisquer gases contaminantes do ambiente externo.

Os sistemas de distribuição de gás na indústria de semicondutores são frequentemente complexos devido aos muitos gases diferentes envolvidos e ao controle rígido do fluxo, temperatura e pressão do gás que devem ser mantidos ao longo do tempo. Isto é ainda mais complicado pela pureza ultra-alta necessária para cada gás no processo. Os gases utilizados na etapa anterior devem ser eliminados das linhas e câmaras ou de outra forma neutralizados antes que a próxima etapa do processo possa começar. Isto significa que existe um grande número de linhas especializadas, interfaces entre o sistema de tubos soldados e as mangueiras, interfaces entre as mangueiras e tubos e os reguladores e sensores de gás, e interfaces entre todos os componentes mencionados anteriormente e as válvulas e sistemas de vedação. projetado para evitar a troca da contaminação do gasoduto do fornecimento de gás natural.

Além disso, os exteriores das salas limpas e os gases especiais serão equipados com sistemas de fornecimento de gás a granel em ambientes de salas limpas e áreas confinadas especializadas para mitigar quaisquer perigos em caso de vazamento acidental. Soldar estes sistemas de gás em um ambiente tão complexo não é uma tarefa fácil. Porém, com cuidado, atenção aos detalhes e o equipamento certo, esta tarefa pode ser realizada com sucesso.

Fabricação de sistemas de distribuição de gás na indústria de semicondutores

Os materiais utilizados em sistemas de distribuição de gás semicondutores são altamente variáveis. Eles podem incluir tubos e mangueiras de metal revestidos de PTFE para resistir a gases altamente corrosivos. O material mais comum usado para tubulações de uso geral na indústria de semicondutores é o aço inoxidável 316L - uma variante do aço inoxidável com baixo teor de carbono. Quando se trata de 316L versus 316, o 316L é mais resistente à corrosão intergranular. Esta é uma consideração importante quando se lida com uma gama de gases altamente reativos e potencialmente voláteis que podem corroer o carbono. Soldar o aço inoxidável 316L libera menos precipitados de carbono. Também reduz o potencial de erosão dos limites dos grãos, que pode levar à corrosão por pites em soldas e zonas afetadas pelo calor.

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