Sản xuất hệ thống phân phối khí trong ngành bán dẫn Việt Nam

Trong chế tạo chất bán dẫn, chất khí thực hiện tất cả công việc và tia laser thu hút mọi sự chú ý. Trong khi tia laser khắc các mẫu bóng bán dẫn vào silicon, thì chất ăn mòn đầu tiên lắng đọng silicon và phá vỡ tia laser để tạo thành các mạch hoàn chỉnh là một loạt các chất khí. Không có gì đáng ngạc nhiên khi những loại khí này, được sử dụng để phát triển bộ vi xử lý thông qua quy trình nhiều giai đoạn, có độ tinh khiết cao. Ngoài hạn chế này, nhiều người trong số họ còn có những lo ngại, hạn chế khác. Một số loại khí có khả năng đông lạnh, một số khác có tính ăn mòn và những loại khác vẫn có độc tính cao.

Nhìn chung, những hạn chế này khiến việc sản xuất hệ thống phân phối khí cho ngành bán dẫn trở thành một thách thức đáng kể. Thông số kỹ thuật vật liệu đòi hỏi khắt khe. Ngoài các thông số kỹ thuật về vật liệu, mảng phân phối khí còn là mảng cơ điện phức tạp gồm các hệ thống được kết nối với nhau. Môi trường mà chúng được lắp ráp rất phức tạp và chồng chéo. Quá trình chế tạo cuối cùng diễn ra tại chỗ như một phần của quá trình lắp đặt. Hàn quỹ đạo giúp đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cao về phân phối khí đồng thời giúp việc sản xuất trong môi trường chật hẹp, đầy thách thức trở nên dễ quản lý hơn.

Ngành công nghiệp bán dẫn sử dụng khí như thế nào

Trước khi lập kế hoạch sản xuất hệ thống phân phối khí, ít nhất cần phải hiểu những điều cơ bản về sản xuất chất bán dẫn. Về cốt lõi, chất bán dẫn sử dụng khí để lắng đọng các chất rắn gần nguyên tố trên bề mặt một cách được kiểm soát chặt chẽ. Những chất rắn lắng đọng này sau đó được biến đổi bằng cách đưa thêm các loại khí, tia laser, chất ăn mòn hóa học và nhiệt. Các bước trong quy trình tổng quát là:

Lắng đọng: Đây là quá trình tạo ra tấm wafer silicon ban đầu. Khí tiền chất silicon được bơm vào buồng lắng đọng chân không và tạo thành các tấm silicon mỏng thông qua các tương tác hóa học hoặc vật lý.

Quang khắc: Phần ảnh đề cập đến tia laser. Trong quang phổ quang khắc cực tím (EUV) cao hơn được sử dụng để tạo ra các chip có thông số kỹ thuật cao nhất, tia laser carbon dioxide được sử dụng để khắc mạch vi xử lý vào tấm bán dẫn.

Khắc: Trong quá trình khắc, khí halogen-cacbon được bơm vào buồng để kích hoạt và hòa tan các vật liệu được chọn trong đế silicon. Quá trình này khắc hiệu quả mạch in laser lên bề mặt.

Doping: Đây là một bước bổ sung làm thay đổi độ dẫn điện của bề mặt bị ăn mòn để xác định các điều kiện chính xác mà chất bán dẫn dẫn điện.

Ủ: Trong quá trình này, phản ứng giữa các lớp wafer được kích hoạt bởi áp suất và nhiệt độ tăng cao. Về cơ bản, nó hoàn thiện kết quả của quy trình trước đó và tạo ra bộ xử lý cuối cùng trong tấm bán dẫn.

Làm sạch buồng và đường dây: Các loại khí được sử dụng trong các bước trước, đặc biệt là ăn mòn và pha tạp, thường có độc tính cao và dễ phản ứng. Do đó, buồng xử lý và đường dẫn khí cấp vào cần phải được lấp đầy bằng khí trung hòa để giảm hoặc loại bỏ các phản ứng có hại, sau đó được lấp đầy bằng khí trơ để ngăn chặn sự xâm nhập của bất kỳ khí ô nhiễm nào từ môi trường bên ngoài.

Hệ thống phân phối khí trong ngành bán dẫn thường phức tạp do có nhiều loại khí khác nhau tham gia và việc kiểm soát chặt chẽ dòng khí, nhiệt độ và áp suất phải được duy trì theo thời gian. Điều này còn phức tạp hơn bởi độ tinh khiết cực cao cần thiết cho mỗi loại khí trong quy trình. Các khí được sử dụng ở bước trước phải được xả ra khỏi đường ống và buồng hoặc được trung hòa trước khi bước tiếp theo của quy trình có thể bắt đầu. Điều này có nghĩa là có một số lượng lớn các đường dây chuyên dụng, các giao diện giữa hệ thống ống hàn và các ống mềm, các giao diện giữa các ống mềm và ống dẫn, bộ điều chỉnh khí và cảm biến cũng như các giao diện giữa tất cả các bộ phận đã đề cập trước đó với các van và hệ thống bịt kín. được thiết kế để ngăn ngừa ô nhiễm đường ống cung cấp khí đốt tự nhiên bị tráo đổi.

Ngoài ra, bên ngoài phòng sạch và các loại khí đặc biệt sẽ được trang bị hệ thống cung cấp khí số lượng lớn trong môi trường phòng sạch và các khu vực hạn chế chuyên dụng để giảm thiểu mọi mối nguy hiểm trong trường hợp rò rỉ ngẫu nhiên. Hàn các hệ thống khí này trong một môi trường phức tạp như vậy không phải là một nhiệm vụ dễ dàng. Tuy nhiên, với sự cẩn thận, chú ý đến từng chi tiết và thiết bị phù hợp, nhiệm vụ này có thể hoàn thành thành công.

Chế tạo hệ thống phân phối khí trong ngành bán dẫn

Các vật liệu được sử dụng trong hệ thống phân phối khí bán dẫn rất khác nhau. Chúng có thể bao gồm những thứ như ống và ống kim loại được lót bằng PTFE để chống lại các loại khí có tính ăn mòn cao. Vật liệu phổ biến nhất được sử dụng làm đường ống cho mục đích chung trong ngành bán dẫn là thép không gỉ 316L - một biến thể của thép không gỉ có hàm lượng carbon thấp. Khi nói đến 316L so với 316, 316L có khả năng chống ăn mòn giữa các hạt tốt hơn. Đây là yếu tố quan trọng cần cân nhắc khi xử lý nhiều loại khí có khả năng phản ứng cao và dễ bay hơi có thể ăn mòn cacbon. Hàn thép không gỉ 316L thải ra ít kết tủa carbon hơn. Nó cũng làm giảm khả năng xói mòn ranh giới hạt, có thể dẫn đến ăn mòn rỗ ở các mối hàn và vùng chịu ảnh hưởng nhiệt.

Để giảm khả năng ăn mòn đường ống dẫn đến ăn mòn và nhiễm bẩn dây chuyền sản phẩm, thép không gỉ 316L được hàn bằng khí bảo vệ argon tinh khiết và đường ray hàn được bảo vệ bằng khí vonfram là tiêu chuẩn trong ngành bán dẫn. Quy trình hàn duy nhất cung cấp khả năng kiểm soát cần thiết để duy trì môi trường có độ tinh khiết cao trong đường ống xử lý. Hàn quỹ đạo tự động chỉ có trong phân phối khí bán dẫn