Semiconductorproductie revolutioneren: Geavanceerde ALD kleptechnologie voor grotere precisie

Semiconductor tool OEMs staan onder soortgelijke druk. Ze werken continu aan het verbeteren van de efficiëntie van hun tools en het differentiëren van hun productontwerpen van die van hun concurrenten zodat klanten meer in minder tijd kunnen bereiken zonder kwaliteit op te offeren. Misschien nog belangrijker, moeten ze ook constant vooruitkijken, manieren vinden om fabricanten in staat te stellen hun processen en inputs (zoals nieuwe precursor gassen) te optimaliseren terwijl ze rennen om de volgende generatie chiptechnologie in te voeren.

Jarenlang hebben semiconductorfabrikanten optimalisatie van atomlaagdepositie (ALD) processen gezien als cruciaal voor het succes van hun bedrijven. Essentieel voor deze processen zijn ultrahoog-zuiverheid (UHP) kleppen die hoog geëngineerd zijn om precieze doses gassen af te leveren tijdens het depositieproces dat gebruikt wordt om semiconductorchips te creëren. Hoewel relatief kleine componenten, hebben deze kleppen een enorme impact op het succes of mislukken van het chipbouwproces.

UHP kleppen gebruikt in ALD processen zijn tamelijk geavanceerd vergeleken met kleppen die veelvuldig in algemene industriële toepassingen gevonden worden, toch hebben semiconductorfabrikanten zichzelf nog steeds op zoek naar hogere prestaties bevonden wanneer het aankomt op factoren zoals thermische stabiliteit en stroomcapaciteit van laat. De capaciteiten van ALD kleppen zijn in veel jaren niet drastisch veranderd, maar het is duidelijk dat verandering nodig is als de semiconductorindustrie nieuwe innovatie- en productiviteitsniveaus wil bereiken.

Ruimte voor verbetering erkennen

Thermische stabiliteit

UHP kleppen moeten tijdens het ALD proces op hoge temperaturen verhit worden om laag-dampdruk gassen te voorkomen dat ze te vroeg vast worden. De actuatoren op bestaande UHP membrane kleppen kunnen vaak niet volledig in de gasbox gedompeld worden, echter, en moeten thermisch geïsoleerd worden om hun functionaliteit te behouden. Dit kan een discrepantie in temperatuur tussen verschillende componenten van de klep veroorzaken. Wanneer dit voorkomt, kan afkoeling van getransporteerde gassen optreden, zoals gezien in Figuur 1, met verschillende kleuren die variërende temperaturen vertegenwoordigen.

Dit is met name problematisch bij het gebruik van precursors die nauwkeurige temperatuurstabiliteit vereisen om in een gasvormige toestand te blijven vóór depositie, wat resulteert in ongewenste residu-opbouw leidend tot inconsistentie in dosering. Gegeven het belang van herhaalbaarheid in de semiconductormarkt, zou de eliminatie van elk potentieel voor variantie of inconsistentie door velen welkom zijn.

Stroomsnelheid

Een andere sleuteluitdaging voor semiconductor tool OEMs en fabricanten is de beperkte stroomcapaciteit van bestaande UHP kleppen geschikt voor ALD processen. Terwijl bestaande UHP membrane kleppen stroomsnelheden bieden die over het algemeen acceptabel zijn geweest tot nu toe, kunnen die snelheden dalen naarmate de klep verhit wordt. Het verhogen van de stroomsnelheidscapaciteiten van kleppen kan de snelheid verhogen waarmee fabricanten semiconductor wafers kunnen produceren – of tenminste hen meer procesflexibiliteit geven om de stabiliteit van hun precursor gassen te garanderen – potentiëel de opbrengst verhogend in het proces.

Vermogen om te experimenteren

Terwijl er veel uitdagingen inherent aan semiconductorproductie vandaag de dag zijn, is er ook een behoefte om te experimenteren met nieuwe processen en media die competitief voordeel morgen kunnen mogelijk maken.

Er is potentieel voor fabricanten om vandaag de dag microchiptechnologie en ALD processen te verbeteren door nieuwe hoog reactieve precursor gassen te gebruiken, maar bestaande ALD kleptechnologie biedt momenteel niet de consistent hoge stroomsnelheid die nodig is om drukverlies over de klep te vermijden, wat kan veroorzaken dat laag-dampdruk gassen van toestand veranderen. Figuur 2 illustreert hoe stroomsnelheid drukverlies kan beïnvloeden in drie verschillende kleppen.

Fabricanten kunnen de stroomsnelheid in hun proces genoeg vertragen om de lage drukverlies te bereiken die vereist is om deze laag-dampdruk precursor gassen te gebruiken, maar dit is doorgaans niet economisch haalbaar vanwege de vereiste daling in algehele systeemefficiëntie. Verbeteringen in UHP kleptechnologie zullen de sleutel zijn om semiconductorfabrikanten te helpen ontdekken wat er komt zonder financiële duurzaamheid op te offeren.

Drie uitdagingen, één oplossing

Het goede nieuws is de volgende generatie ALD kleppen komt op de markt, en hun ontwerpverbeteringen ten opzichte van bestaande ALD kleptechnologie houden grote beloften in voor de toekomst van microchipfabricatie. Hier zijn drie redenen voor een positief uitziend.

1. De kleppen zijn volledig in de gasbox te dompelen.

In een applicatie waar consistentie de sleutel is, is er nu minder risico op opbouw of depositie-inconsistenties vergeleken met vandaag de dag ALD processen. Het ontwerp van nieuwe ALD kleppen stelt de gehele klep in staat om tot 200°C (392°F) verhit te worden, aangezien de actuator niet geïsoleerd hoeft te worden om zijn integriteit of doseringsprecisie te behouden. Dit betekent dat semiconductorfabrikanten vertrouwen kunnen hebben dat de gassen die door next-generation ALD kleppen stromen blootgesteld zullen worden aan een uniforme temperatuur, wat een zekere mate van variabiliteit uit het proces haalt. Figuur 3 toont een ideaale toestand van thermische stabiliteit, vergeleken met Figuur 1 met zijn gevarieerde temperaturen.

2. De stroomsnelheden kunnen veel hoger zijn.

Semiconductorindustrieleiders kunnen nu de hogere stroomsnelheden bereiken die ze zochten zonder in te boeten op schoonheid of componentenlevensduur. Waar bestaande kleppen een 0,6 Cv stroomcoëfficiënt kunnen bieden, kunnen nieuwe kleppen het dubbele van de stroom (1,2 Cv) bieden in dezelfde voetafdruk (1,5 in.), wat toolfabrikanten in staat stelt om grotere output te leveren zonder hertooling of andere significante procesveranderingen te vereisen. Als een fabricant echter de flexibiliteit heeft om nieuwe ALD kleppen met een iets grotere voetafdruk (1,75 in.) te implementeren, kunnen ze de stroomsnelheid van bestaande ALD kleppen bijna verdrievoudigen, stroomcoëfficiënten van tot 1,7 Cv bereikend.

Deze substantiële verbeteringen in stroomcapaciteit worden mogelijk gemaakt door nieuwe ALD kleppen met een bellows ontwerp in plaats van een traditioneel membrane ontwerp. Bellows kleppen zijn capabel van hogere stroomsnelheden, en de bellows in nieuwe ALD kleppen zijn hooggepolijst tot een 5 µin Ra afwerking om de UHP prestaties te bereiken die fabrikanten van membrane kleppen die momenteel op de markt gebruikt worden, verwachten. In Figuur 4 kun je de bellows in het midden van de klep zien. Het nieuwe ontwerp combineert de beste kenmerken van beide kleptechnologieën in één UHP klep met een ultrahoog cyclussleven.

3. Verbeterde prestatiekenmerken staan innovatie toe.

Vooruitkijkende spelers in de semiconductorindustrie zullen nu minder beperkt zijn vanuit een innovatieperspectief. Nieuwe ALD kleptechnologie biedt de prestaties en duurzaamheid om semiconductorfabrikanten toe te laten in nieuwe gebieden van het periodiek systeem van elementen te werken, te experimenteren met laag-dampdruk precursor gassen om materialen te vinden die beter kunnen presteren dan wat vandaag in ALD processen gebruikt wordt. Behalve het behouden van consistente temperatuur en het toestaan van hogere stroomsnelheden, worden nieuwe ALD kleppen aangeboden in hoogst corroderingsbestendige materialen zoals Alloy 22, wat betekent dat meer agressieve chemieën gebruikt kunnen worden voor verwerking zonder zorgen over problematische putting of kluizencorrosie.

Een betere optie voor een eisende industrie.

Nieuwe UHP kleppen, zoals Swagelok's onlangs vrijgegeven UHP ALD20 klep, hebben groot potentieel om de markt te veranderen door semiconductorfabrikanten de hoge-kwaliteit depositie te geven die ze nodig hebben zonder proces-efficiëntie op te offeren. Wat niet zal veranderen, is de competitieve, snel verschuivende eisen aan fabrikanten in de semiconductorindustrie.

Terwijl toolfabrikanten en fabricanten hun processen en systeemontwerpen aanpassen om het beste gebruik te maken van geavanceerde componenten zoals de ALD20, zal Swagelok gewijd blijven aan innovatie en continue verbetering op eigen titel – partnerend met klanten om de volgende oplossing voor industrie-uitdagingen te ontwikkelen. Werken in de semiconductormarkt betekent op een constante reis van iteratieve verbetering blijven, en Swagelok kan je helpen in die reis.

Om meer te leren over UHP kleppen voor de semiconductorindustrie, of Swagelok's nieuwe ALD20 klep in het bijzonder, bezoek de onderstaande links. Om een gesprek te beginnen over hoe jouw operaties kunnen profiteren van de nieuwste ALD kleptechnologie, neem contact op met je lokale verkoop- en servicecentrum.