Производство систем распределения газа в полупроводниковой промышленности

В процессе производства полупроводников газы выполняют всю работу, а лазеры привлекают всё внимание. Хотя лазеры действительно наносят узор транзисторов на кремний, первичное нанесение кремния и разрушение лазера для создания полных цепей — это серия газов. Неудивительно, что эти газы, которые используются для разработки микропроцессоров через многоступенчатый процесс, имеют высокую чистоту. Помимо этого ограничения, у многих из них есть другие проблемы и ограничения. Некоторые газы являются криогенными, другие — коррозионно-активными, а ещё некоторые — высоко токсичными.

В целом, эти ограничения делают производство систем газораспределения для полупроводниковой промышленности серьезным вызовом. Требования к материалам очень высоки. Помимо спецификаций материалов, система газораспределения представляет собой сложный электромеханический комплекс взаимосвязанных систем. Условия их сборки являются сложными и пересекающимися. Финальная сборка происходит на месте как часть процесса установки. Орбитальная сварка помогает соответствовать высоким требованиям систем газораспределения, а также облегчает производство в тесных и сложных условиях.

Как полупроводниковая промышленность использует газы

Прежде чем приступить к планированию производства системы газораспределения, необходимо хотя бы немного разобраться в основах производства полупроводников. По сути, полупроводники используют газы для нанесения почти чистых твердых веществ на поверхность в высокой степени контроля. Эти отложенные твердые вещества затем модифицируются путем введения дополнительных газов, лазеров, химических травителей и тепла. Этапы общей процедуры такие:

Нанесение: Это процесс создания начального кремниевого пластинчатого материала. В предварительные газы закачивается кремний в вакуумную камеру нанесения, где образуются тонкие кремниевые пластины через химические или физические взаимодействия.

Фотолитография: Секция фото относится к лазерам. В более сложной экстремальной ультрафиолетовой литографии (EUV), используемой для производства самых современных чипов, применяется лазер углекислого газа для выжигания микропроцессорной схемы на пластине.

Этчинг: Во время процесса этчинга в камеру подается галоген-углеродный газ для активации и растворения выбранных материалов в кремниевом субстрате. Этот процесс эффективно гравирует лазерную печать цепей на субстрат.

Допирование: Это дополнительный шаг, который изменяет проводимость отetched поверхности для определения точных условий, при которых полупроводник проводит ток.

Отжиг: В этом процессе реакции между слоями пластины вызываются повышенным давлением и температурой. По сути, он завершает результаты предыдущего процесса и создает готовый процессор на пластине.

Очистка камеры и линий: газы, используемые на предыдущих этапах, особенно при травлении и легировании, часто являются высоко токсичными и реактивными. Поэтому процессорная камера и подающие её газовые линии должны быть заполнены нейтрализующими газами для уменьшения или устранения вредных реакций, а затем заполнены инертными газами для предотвращения проникновения загрязняющих газов из внешней среды.

Системы распределения газа в полупроводниковой промышленности часто являются сложными из-за большого количества различных газов, а также необходимой точной регулировки потока газа, температуры и давления, которые должны поддерживаться на протяжении всего процесса. Ситуация осложняется тем, что для каждого газа требуется сверхвысокая чистота. Газы, использованные на предыдущем этапе, должны быть удалены из трубопроводов и камер или иным образом нейтрализованы перед началом следующего этапа процесса. Это означает, что существует большое количество специализированных линий, соединений между системой сварных труб и шлангов, соединений между шлангами, трубками и регуляторами газа с датчиками, а также соединений между всеми вышеупомянутыми компонентами и клапанами и системами уплотнения, предназначенными для предотвращения загрязнения природного газа из трубопровода при его замене.

Кроме того, наружные части чистых помещений и специальные газы будут оснащены системами подачи газа в больших объемах в условиях чистых помещений и специализированных ограниченных пространствах для минимизации любых рисков при случайном утечке. Сварка этих газовых систем в такой сложной среде — непростая задача. Однако, с осторожностью, вниманием к деталям и правильным оборудованием, эту задачу можно успешно выполнить.

Производство систем распределения газа в полупроводниковой промышленности

Материалы, используемые в системах распределения газа на основе полупроводников, весьма разнообразны. Они могут включать такие элементы, как металлические трубы и шланги с покрытием из ПТФЭ для сопротивления высокоагрессивным газам. Наиболее распространенным материалом для общего назначения трубопроводов в полупроводниковой промышленности является нержавеющая сталь 316L — вариант низкоуглеродистой нержавеющей стали. При сравнении 316L с 316, 316L более устойчива к межкристаллической коррозии. Это важный фактор при работе с широким спектром высокоактивных и потенциально летучих газов, которые могут вызывать коррозию углерода. При сварке нержавеющей стали 316L выделяется меньше углеродных примесей. Это также снижает вероятность эрозии зерновых границ, что может привести к точечной коррозии в местах сварки и зонах термического влияния.

Чтобы снизить вероятность коррозии трубопроводов, приводящей к коррозии и загрязнению линии продукции, стандартом в полупроводниковой промышленности является сварка нержавеющей стали 316L с использованием чистого аргона как защитного газа и технология сварки под газовым щитом из вольфрама. Единственный процесс сварки, обеспечивающий необходимый контроль для поддержания высокоочищенной среды в процессных трубопроводах, — это автоматическая орбитальная сварка, которая применяется только в газовых системах распределения полупроводников.