Wichtige Herausforderungen bei ALD- und ALE-Halbleiterprozessen meistern

Wie man die größten ALD- und ALE-Halbleiterverarbeitungsherausforderungen löst

In der hochpräzisen Welt der Halbleiterfertigung sind einige wesentliche Fluidsystemkomponenten-Eigenschaften der Eintrittspreis. Bei Atomic Layer Deposition (ALD) und Atomic Layer Etching (ALE) Prozessen ist beispielsweise extreme Sauberkeit – die zunehmend schwieriger aufrechtzuerhalten ist, je kleiner die Prozessknoten werden – von jeder in diesen Systemen verwendeten Komponente kritisch. Leckdichte Leistung ist ebenfalls ein Muss, da viele der in Produktions-Fluidsystemen verwendeten Gase gefährlich sein können.

Diese Bedingungen könnten darauf hindeuten, dass der Markt für Ventile, Verschraubungen und andere kritische Fluidsystemkomponenten in der Halbleiterwelt etwas kommoditisiert geworden ist. Da alle Optionen diese wesentlichen Eigenschaften bieten müssen, könnte man erwarten, dass die Endanwendungsleistungsniveaus bei allen relativ gleich bleiben – richtig?

Nicht unbedingt. Ultrahochreine Ventile für ALD-Halbleiterverarbeitung sind nicht alle gleich, und einige fortgeschrittene Optionen haben das Potenzial, Fertigern dabei zu helfen, einige ihrer drängendsten Herausforderungen zu überwinden. Im Folgenden untersuchen wir die drei größten Herausforderungen, denen Halbleiterfertiger begegnen, und wie die richtigen ALD-Prozessventile und andere Fluidsystemkomponenten Ihnen helfen können, diese Herausforderungen selbstbewusster anzugehen und zu überwinden.

#1. Umgang mit instabilen Chemikalien

Wie erwähnt, sind viele der in ALD- und ALE-Produktionsprozessen üblichen Vorläufergase oft instabil und gefährlich. Während Leckdichtheit in der Ventilleistung essenziell ist, gibt es zusätzliche Eigenschaften, auf die man achten sollte.

Beispielsweise müssen Sie, um Vorläufer effektiver zu managen und den Einsatz neuartiger Vorläufer zu erforschen, Ihre Prozessventile möglicherweise stark variierenden Drücken und Temperaturen aussetzen, während Sie einen konsistenten, wiederholbaren gasförmigen Durchfluss anstreben. Das bedeutet, Ventile müssen vorhersehbar und zuverlässig über einen weiten Bereich von Systemdrücken und -temperaturen funktionieren, einschließlich bis zu 200 °C.

Zusätzlich müssen ALD-Ventile und ALE-Ventile die Spülprozesse innerhalb derselben präzisen Parameter wie die initiale chemische Dosierung durchführen. Dieser Zweischrittprozess 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 vorhersehbar und zuverlässig über einen weiten Bereich von Systemdrücken und -temperaturen funktionieren, einschließlich bis zu 200 °C.

Die Auswirkungen schwankender extremer Temperaturen zu mildern und effektiver zu spülen, kann mit bestimmten verfügbaren Mehrwegventilen und Mehrventil-Verteilern erreicht werden. Ihre Wahl zwischen diesen beiden Optionen ist vollständig anwendungsabhängig – Verteiler sind typischerweise für Anwendungen geeigneter, bei denen größere Volumen gespült werden müssen. Aber beide können eine vorteilhafte Option sein, wenn Sie den einzigartigen Herausforderungen neuer Chemikalien begegnen möchten.

#2. Ausbeute maximieren

Heutige Fabs fokussieren sich auf eines vor allem: die Maximierung des Volumens an brauchbaren Chips, die sie während eines Produktionszyklus produzieren können.

Während Geschwindigkeit wichtig ist, sind Konsistenz und Wiederholbarkeit noch kritischer. ALD- und ALE-Prozesse beinhalten oft Millionen von chemischen Dosierungen, um abgeschlossen zu werden. Spezialisierte Prozessventile haben die Aufgabe, diese Dosierungen zuverlässig über viele Millionen Zyklen hinweg konsistent zu liefern. Das Volumen dieser chemischen Dosierungen kann durch die Durchflusskapazität des Prozessventils beeinflusst werden, wird aber stärker von den Millisekunden beeinflusst, in denen das Prozessventil geöffnet ist. Kleine Abweichungen in der Ventil-Ansprechzeit können zu unerwarteten Änderungen in der Menge des zum Prozessraum gelieferten Chemikals führen.

Kleine Ventil-Ansprechzeiten können zu unerwarteten Änderungen in der Menge des zum Prozessraum gelieferten Chemikals führen.

Es gibt einige optimale Kennzahlen, auf die man bei einem Prozessventil achten sollte, das für konsistent hohe Leistung ausgelegt ist:

• Ventile sollten optimale Leistung bei Prozesstemperaturen von bis zu 200 °C bieten
• In einigen Prozessen ist es hilfreich, wenn sie vollständig in die Gasbox eingetaucht werden können, um präzise Kontrolle über Dosierung und Spülen von Prozessgasen zu bieten
• Sie sollten hohen, konsistenten Durchfluss bieten, um die Einhaltung von Produktionsstandards zu gewährleisten. Dieser Durchfluss muss eng kontrolliert und präzise sein, um innerhalb strenger Prozesstoleranzen zu bleiben – daher müssen Ventil-Ansprech- und Betätigungsgeschwindigkeiten so schnell wie möglich sein.
• Ventile sollten dieselbe Leistungsstufe über Millionen von Zyklen liefern

#3. Gesamtbetriebskosten reduzieren

Schließlich ist die Senkung der Gesamtbetriebskosten für Halbleiterwerkzeuge ein wichtiger Teil der operativen Effizienz. Die Erreichung dieses Ziels beinhaltet die Reduzierung potenzieller Ausfallzeiten wo immer möglich.

Der Einsatz gefährlicher und korrosiver Vorläufergase sowie schwerer Temperatur- und Druckschwankungen erfordert, dass Ihre Ventile speziell für ALD/ALE-Systeme entwickelt und hergestellt werden. Designüberlegungen sollten die Werkstoffe des Ventils umfassen. Eine Edelstahlformulierung mit einem optimierten Gleichgewicht aus Hochleistungslegierungen und Restgehalt ist für Halbleiterproduktionsumgebungen kritisch. Erhöhte Mengen an Chrom, Nickel und Molybdän in Edelstahlformulierungen helfen, sowohl die Festigkeit des Materials als auch die Fähigkeit, Korrosion zu widerstehen, zu erhöhen. Bestimmter Restgehalt muss ebenfalls in der Formulierung verbleiben, einschließlich eines spezifischen Gleichgewichts von Schwefel, um optimale Endverbraucherkomponenten-Oberflächenveredelung und Schweißbarkeit zu gewährleisten. Ihr Hersteller sollte in der Lage sein, diese kritischen Leistungsattribute an die Anwendungsanforderungen anzupassen.

Optimierte Materialauswahl kann zu verlängerter Komponenten-Lebensdauer beitragen und hilft, Ausfallzeiten für Wartung, Reparatur oder Austausch zu reduzieren. Jeder Moment der Ausfallzeit repräsentiert signifikante Kosten und Verlust potenzieller Einnahmen. Angesichts der kritischen Rolle, die Ventile in ALD- und ALE-Prozessen spielen (und ihrer geringen Kosten im Verhältnis zum Gesamtsystem), kann die Investition in höherleistende Fluidsystemkomponenten eine erhebliche Rendite auf diese Investition erzielen.

Die Zusammenarbeit mit dem richtigen Lieferanten, um hochwertige, hochzuverlässige ALD- und ALE-Prozessventile zu beschaffen, ist ebenfalls wichtig. Idealerweise wird Ihr Lieferant ein Verständnis für atomare Schichtprozesse und ihre inhärenten Komplexitäten demonstrieren und Sie bei der Auswahl des richtigen Ventils für Ihre Bedürfnisse unterstützen können. Unsere Halbleiterspezialisten verfügen über umfangreiche Erfahrung in der Unterstützung von Halbleiterwerkzeugherstellern und Chipfertigern bei der Weiterentwicklung ihrer Produktionsprozesse und -ausrüstung. Wenn Sie interessiert sind, mehr darüber zu erfahren, wie Sie Ihre Prozesse optimieren können, stehen unsere Spezialisten bereit, ein Gespräch zu beginnen.