Sản xuất hệ thống phân phối khí trong ngành công nghiệp bán dẫn

Trong quá trình sản xuất bán dẫn, khí gas thực hiện tất cả công việc và tia laser nhận được mọi sự chú ý. Mặc dù tia laser确实 khắc các mẫu bóng bán dẫn vào silicon, nhưng bước khắc đầu tiên để lắng đọng silicon và phá vỡ tia laser để tạo ra mạch hoàn chỉnh là một chuỗi các loại khí gas. Không có gì ngạc nhiên khi các loại khí gas này, được sử dụng để phát triển vi xử lý thông qua một quy trình nhiều giai đoạn, đều có độ tinh khiết cao. Ngoài hạn chế này, nhiều khí gas còn có những mối quan tâm và hạn chế khác. Một số khí gas là cryogenic (siêu lạnh), một số khác có tính ăn mòn, và một số khác nữa thì cực kỳ độc hại.

Tổng thể lại, những hạn chế này khiến việc sản xuất hệ thống phân phối khí cho ngành công nghiệp bán dẫn trở thành một thách thức đáng kể. Các tiêu chuẩn vật liệu rất khắt khe. Ngoài các tiêu chuẩn về vật liệu, một hệ thống phân phối khí là một mảng điện cơ phức tạp với nhiều hệ thống được kết nối với nhau. Môi trường trong đó chúng được lắp ráp là phức tạp và chồng chéo. Công đoạn gia công cuối cùng diễn ra tại hiện trường như một phần của quá trình lắp đặt. Hàn quỹ đạo giúp đáp ứng các tiêu chuẩn cao của yêu cầu phân phối khí đồng thời làm cho việc sản xuất trong các môi trường hẹp, thách thức trở nên dễ quản lý hơn.

Cách ngành công nghiệp bán dẫn sử dụng khí

Trước khi cố gắng lập kế hoạch sản xuất cho một hệ thống phân phối khí, cần phải hiểu ít nhất là những kiến thức cơ bản về việc sản xuất bán dẫn. Ở cốt lõi, các chất bán dẫn sử dụng khí để lắng đọng các chất rắn gần nguyên tố lên bề mặt theo cách được kiểm soát cao độ. Các chất rắn đã lắng đọng sau đó được sửa đổi bằng cách giới thiệu thêm khí, tia laser, dung dịch ăn mòn hóa học và nhiệt. Các bước trong quy trình tổng quát là:

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

Quang khắc: Phần 'quang' đề cập đến tia laser. Trong phổ quang khắc cực tím sâu (EUV) ở mức cao hơn được sử dụng để làm ra các con chip có thông số kỹ thuật cao nhất, một tia laser carbon dioxide được sử dụng để khắc mạch vi xử lý vào tấm wafer.

Etching: Trong quá trình etching, khí halogen-carbon được bơm vào buồng để kích hoạt và hòa tan các vật liệu được chọn trong substrat silic. Quá trình này khắc hiệu quả mạch điện được in bằng laser lên substrat.

Doping: Đây là một bước bổ sung thay đổi khả năng dẫn điện của bề mặt đã được etching để xác định chính xác điều kiện mà chất bán dẫn dẫn điện.

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

Vệ sinh buồng và đường ống: Các khí được sử dụng trong các bước trước, đặc biệt là trong quá trình ăn mòn và pha tạp, thường có tính độc hại cao và phản ứng mạnh. Do đó, buồng xử lý và các đường ống dẫn khí cần được điền đầy bằng các khí trung hòa để giảm hoặc loại bỏ các phản ứng có hại, sau đó được điền đầy bằng khí trơ để ngăn chặn sự xâm nhập của các khí gây ô nhiễm từ môi trường bên ngoài.

Hệ thống phân phối khí trong ngành công nghiệp bán dẫn thường rất phức tạp do có nhiều loại khí khác nhau và cần kiểm soát chặt chẽ lưu lượng khí, nhiệt độ và áp suất trong suốt quá trình. Điều này càng trở nên phức tạp hơn bởi yêu cầu siêu sạch cực cao đối với mỗi loại khí trong quy trình. Các loại khí được sử dụng ở bước trước phải được thổi rửa ra khỏi đường ống và buồng hoặc trung hòa theo cách khác trước khi bước tiếp theo của quy trình có thể bắt đầu. Điều này có nghĩa là có một số lượng lớn các đường ống chuyên dụng, giao diện giữa hệ thống ống hàn và các ống cao su, giao diện giữa ống cao su và ống với bộ điều tiết khí và cảm biến, và giao diện giữa tất cả các thành phần đã nêu trên với van và hệ thống niêm phong được thiết kế để ngăn ngừa sự ô nhiễm đường ống khí tự nhiên từ việc bị thay thế.

Ngoài ra, các phần ngoài của phòng sạch và khí đặc biệt sẽ được trang bị hệ thống cung cấp khí khối trong môi trường phòng sạch và các khu vực giới hạn chuyên dụng để giảm thiểu mọi nguy hiểm trong trường hợp rò rỉ khí xảy ra một cách bất ngờ. Việc hàn các hệ thống khí trong môi trường phức tạp như vậy không phải là nhiệm vụ dễ dàng. Tuy nhiên, với sự cẩn thận, chú ý đến chi tiết và thiết bị phù hợp, công việc này có thể được thực hiện thành công.

Sản xuất hệ thống phân phối khí trong ngành công nghiệp bán dẫn

Các vật liệu được sử dụng trong hệ thống phân phối khí bán dẫn có sự biến thiên rất lớn. Chúng có thể bao gồm các ống kim loại lót PTFE và các ống cao su để chống lại các loại khí ăn mòn cao. Vật liệu phổ biến nhất được sử dụng cho đường ống thông dụng trong ngành công nghiệp bán dẫn là thép không gỉ 316L - một biến thể thép không gỉ có hàm lượng carbon thấp. Khi nói đến sự khác biệt giữa 316L và 316, 316L có khả năng kháng ăn mòn liên tinh thể tốt hơn. Đây là một yếu tố quan trọng khi làm việc với nhiều loại khí phản ứng mạnh và có khả năng bay hơi, có thể gây ăn mòn carbon. Việc hàn thép không gỉ 316L giải phóng ít cacbon kết tủa hơn. Điều này cũng giảm khả năng xói mòn ranh giới hạt, có thể dẫn đến hiện tượng ăn mòn dạng lỗ trên các mối hàn và vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt.

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