Lösung von Herausforderungen bei der ALD-Halbleiterverarbeitung

So lösen Sie die wichtigsten Herausforderungen bei der ALD- und ALE-Halbleiterverarbeitung

In der hochpräzisen Welt der Halbleiterfertigung sind einige wesentliche Eigenschaften von Fluidsystemkomponenten die Einstiegskosten. Bei Atomlagenabscheidungs- (ALD) und Atomlagenätz- (ALE) Prozessen ist zum Beispiel extreme Sauberkeit – obwohl zunehmend schwieriger aufrechtzuerhalten, da die Prozessknoten immer kleiner werden – von entscheidender Bedeutung für jede Komponente, die in diesen Systemen verwendet wird. Dichtigkeit ist ebenfalls ein Muss, da viele der in Fluidsystemen für Produktionsprozesse verwendeten Gase gefährlich sein können.

Diese Bedingungen scheinen darauf hinzudeuten, dass der Markt für Ventile, Fittings und andere kritische Fluidsystemkomponenten in der Halbleiterwelt in gewisser Weise kommerzialisiert ist. Da alle Optionen diese wesentlichen Merkmale aufweisen müssen, kann davon ausgegangen werden, dass die Leistungsniveaus für den Endverbrauch über sie hinweg relativ gleich bleiben – richtig?

Nicht unbedingt. Ultrahochreine Ventile für die ALD-Halbleiterverarbeitung sind nicht alle gleich, und einige fortschrittliche Optionen haben das Potenzial, Herstellern bei der Bewältigung ihrer dringendsten Herausforderungen zu helfen. Im Folgenden untersuchen wir die drei größten Herausforderungen, denen Halbleiterhersteller gegenüberstehen, und wie die richtigen ALD-Prozessventile und andere Fluidsystemkomponenten Ihnen dabei helfen können, diese Herausforderungen selbstbewusster anzugehen und zu meistern.

#1. Umgang mit instabiler Chemie

Wie bereits erwähnt, sind viele der in ALD- und ALE-Produktionsprozessen üblichen Vorläufergase oft instabil und gefährlich. Während die Dichtheit für die Ventilleistung von entscheidender Bedeutung ist, gibt es zusätzliche Eigenschaften, auf die man achten muss.

Um beispielsweise Ausgangsstoffe effektiver zu verwalten und die Verwendung neuartiger zu untersuchen, müssen Sie Ihre Prozessventile möglicherweise stark variierenden Drücken und Temperaturen aussetzen, während Sie einen konsistenten, wiederholbaren Durchfluss im gasförmigen Zustand anstreben. Das bedeutet, dass Ventile über einen weiten Bereich von Systemdrücken und -temperaturen, einschließlich bis zu 200 °C, vorhersagbar und zuverlässig funktionieren müssen.

Außerdem müssen ALD-Ventile und ALE-Ventile die Spülvorgänge innerhalb der gleichen genauen Parameter wie die anfängliche Chemikaliendosierung durchführen. Dieser zweistufige Prozess beinhaltet das Spülen des Vorläufergases mit Stickstoff, der dann ebenfalls gespült werden muss. Dies muss schnell und konsistent erfolgen, um die Produktion so effizient wie möglich zu halten.

Ventile müssen über einen breiten Bereich von Systemdrücken und -temperaturen, einschließlich bis zu 200 °C, vorhersehbar und zuverlässig funktionieren.

Mit bestimmten verfügbaren Mehrwegeventilen und Mehrwegeverteilern können die Auswirkungen schwankender extremer Temperaturen gemildert und eine effektivere Spülung erreicht werden. Ihre Wahl zwischen diesen beiden Optionen ist vollständig anwendungsabhängig – Verteiler sind in der Regel besser geeignet für Anwendungen, bei denen größere Volumina gespült werden müssen. Aber beides kann eine vorteilhafte Option sein, wenn Sie versuchen, sich den einzigartigen Herausforderungen der neuen Chemie zu stellen.

#2. Ertragsmaximierung

Heutige Fabriken konzentrieren sich vor allem auf eines:die Maximierung der Menge an brauchbaren Chips, die sie während eines Produktionszyklus produzieren können.

Während Geschwindigkeit wichtig ist, sind Konsistenz und Wiederholbarkeit noch wichtiger. ALD- und ALE-Prozesse erfordern oft Millionen von Chemikaliendosen, die abgeschlossen werden müssen. Spezialisierte Prozessventile haben die Aufgabe, diese Dosierungen zuverlässig zu liefern, oft über viele Millionen Zyklen. Das Volumen dieser Chemikaliendosen kann durch die Durchflusskapazität des Prozessventils beeinflusst werden, wird jedoch stärker durch die Millisekunden beeinflusst, in denen das Prozessventil geöffnet ist. Kleine Schwankungen in der Reaktionszeit der Ventilbetätigung können zu unerwarteten Änderungen in der der Prozesskammer zugeführten Chemikalienmenge führen.

Eine kleine Reaktionszeit der Ventilbetätigung kann zu unerwarteten Änderungen in der Menge der an die Prozesskammer gelieferten Chemikalien führen.

Es gibt einige optimale Metriken, auf die Sie bei einem Prozessventil achten sollten, das für eine konstant hohe Leistung ausgelegt ist:

• Ventile sollten bei Prozesstemperaturen von bis zu 200 °C eine optimale Leistung erbringen
Bei einigen Prozessen ist es hilfreich, wenn sie vollständig in den Gaskasten eingetaucht werden können, um eine präzise Kontrolle über die Dosierung und Spülung von Prozessgasen zu ermöglichen
• Sie sollten einen hohen, konsistenten Durchfluss bieten, um die Konformität mit Produktionsstandards zu gewährleisten. Dieser Durchfluss muss streng kontrolliert und präzise sein, um innerhalb strenger Prozesstoleranzen zu bleiben – daher müssen Ventilansprech- und Betätigungsgeschwindigkeiten so schnell wie möglich sein.
• Ventile sollten über Millionen von Zyklen dieselbe Leistung erbringen

#3. Senkung der Gesamtbetriebskosten

Schließlich ist die Senkung der Gesamtbetriebskosten für Halbleiterwerkzeuge ein wichtiger Teil der betrieblichen Effizienz. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen potenzielle Ausfallzeiten möglichst reduziert werden.

Die Verwendung von gefährlichen und korrosiven Vorläufergasen sowie starke Temperatur- und Druckschwankungen erfordern, dass Ihre Ventile speziell für ALD/ALE-Systeme entwickelt und hergestellt werden. Konstruktionsüberlegungen sollten die Konstruktionsmaterialien des Ventils beinhalten. Eine Edelstahlformulierung mit einem optimierten Gleichgewicht aus Hochleistungslegierungen und Restgehalten ist für Halbleiterproduktionsumgebungen von entscheidender Bedeutung. Erhöhte Gehalte an Chrom, Nickel und Molybdän in Edelstahlformulierungen tragen dazu bei, sowohl die Festigkeit als auch die Korrosionsbeständigkeit des Materials zu erhöhen. Ein gewisser Restgehalt muss auch in der Formulierung verbleiben, einschließlich eines bestimmten Schwefelgleichgewichts, um eine optimale Oberflächenveredelung und Schweißbarkeit der Endanwendungskomponenten sicherzustellen. Ihr Hersteller sollte in der Lage sein, diese kritischen Leistungsattribute entsprechend den Anwendungsanforderungen auszugleichen.

Eine optimierte Materialauswahl kann zu einer verlängerten Lebensdauer der Komponenten beitragen und dabei helfen, Ausfallzeiten für Wartung, Reparatur oder Austausch zu reduzieren. Jeder Moment der Ausfallzeit bedeutet erhebliche Kosten und den Verlust potenzieller Einnahmen. In Anbetracht der entscheidenden Rolle, die Ventile in ALD- und ALE-Prozessen spielen (und ihrer geringen Kosten im Verhältnis zum Gesamtsystem), kann die Investition in leistungsstärkere Fluidsystemkomponenten eine erhebliche Rendite erzielen.

Auch die Zusammenarbeit mit dem richtigen Lieferanten zur Beschaffung hochwertiger und äußerst zuverlässiger ALD- und ALE-Prozessventile ist wichtig. Im Idealfall hat Ihr Lieferant ein Verständnis für Atomschichtprozesse und deren inhärente Komplexität und kann Sie bei der Auswahl des richtigen Ventils für Ihre Anforderungen unterstützen. Unsere Halbleiterspezialisten verfügen über umfangreiche Erfahrung bei der Unterstützung von Herstellern von Halbleiterwerkzeugen und Chipherstellern bei der Weiterentwicklung ihrer Produktionsprozesse und -ausrüstung. Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie Sie Ihre Prozesse optimieren können, stehen unsere Spezialisten für ein Gespräch bereit.