Surmonter les défis clés du traitement ALD et ALE des semi-conducteurs

Comment résoudre les principaux défis du traitement ALD et ALE des semi-conducteurs

Dans le monde ultra-précis de la fabrication de semi-conducteurs, certaines qualités essentielles des composants de systèmes de fluides sont le prix d'entrée. Dans les procédés de dépôt par couches atomiques (ALD) et de gravure par couches atomiques (ALE), par exemple, une propreté extrême – de plus en plus difficile à maintenir alors que les nœuds de process deviennent plus petits – est critique pour tout composant utilisé. L'étanchéité est aussi impérative, car beaucoup de gaz utilisés dans les systèmes de fluides de production peuvent être dangereux.

Ces conditions pourraient suggérer que le marché des vannes, raccords et autres composants critiques pour semi-conducteurs est devenu commoditisé. Puisque toutes les options doivent fournir ces caractéristiques essentielles, les niveaux de performance en utilisation finale devraient rester relativement similaires – n'est-ce pas ?

Pas nécessairement. Les vannes ultra-haute pureté pour le traitement ALD ne sont pas toutes égales, et certaines options avancées peuvent aider les fabricants à surmonter leurs défis les plus pressants. Ci-dessous, nous examinons les trois principaux défis et comment les bonnes vannes de process ALD et autres composants peuvent vous aider à les relever plus sereinement.

#1. Gérer des chimies instables

Comme noté, beaucoup de gaz précurseurs courants en ALD et ALE sont souvent instables et dangereux. Si l'étanchéité est essentielle, d'autres caractéristiques sont à rechercher.

Par exemple, pour gérer les précurseurs plus efficacement et explorer de nouveaux précurseurs, vous devrez peut-être soumettre vos vannes de process à des pressions et températures très variables pour obtenir un écoulement gazeux constant et répétable. Cela signifie que les vannes doivent performer de façon prévisible et fiable sur une large gamme de pressions et températures, jusqu'à 200 °C.

De plus, les vannes ALD et ALE doivent effectuer les processus de purge dans les mêmes paramètres précis que le dosage chimique initial. Ce processus en deux étapes implique la purge du gaz précurseur avec de l'azote, qui doit ensuite être purgé à son tour. Cela doit se faire rapidement et de manière constante pour maintenir l'efficacité de la production.

Les vannes doivent performer de façon prévisible et fiable sur une large gamme de pressions et températures, jusqu'à 200 °C.

Atténuer les effets de températures extrêmes fluctuantes et purger plus efficacement peut s'accomplir avec certaines vannes multipports et collecteurs multivannes disponibles. Le choix dépend entièrement de l'application – les collecteurs sont généralement plus appropriés quand de plus gros volumes doivent être purgés. Mais les deux peuvent être avantageux pour relever les défis des nouvelles chimies.

#2. Maximiser le rendement

Les usines d'aujourd'hui se concentrent sur une chose avant tout : maximiser le volume de puces viables produites pendant un cycle.

Si la vitesse est importante, la constance et la répétabilité sont encore plus critiques. Les processus ALD et ALE impliquent souvent des millions de dosages chimiques. Les vannes de process spécialisées doivent délivrer ces dosages de façon fiable, souvent sur des millions de cycles. Le volume de ces dosages peut être influencé par la capacité de débit de la vanne, mais est davantage impacté par les millisecondes pendant lesquelles la vanne est ouverte. De petites variances dans le temps de réponse d'actionnement peuvent entraîner des changements inattendus dans la quantité de chimique délivrée à la chambre de process.

De petites variations du temps de réponse d'actionnement peuvent entraîner des changements inattendus dans la quantité de chimique délivrée.

Quelques métriques optimales à rechercher dans une vanne de process conçue pour une performance constamment élevée :

• Les vannes doivent offrir une performance optimale à des températures de process jusqu'à 200 °C
• Dans certains processus, il est utile qu'elles puissent être entièrement immergées dans la boîte à gaz pour un contrôle précis du dosage et de la purge des gaz de process
• Elles doivent offrir un débit élevé et constant pour assurer la conformité aux standards de production. Ce débit doit être étroitement contrôlé et précis pour rester dans des tolérances strictes – donc la réponse et la vitesse d'actionnement doivent être les plus rapides possible.
• Les vannes doivent délivrer le même niveau de performance sur des millions de cycles

#3. Réduire le coût total de possession

Enfin, réduire le coût total de possession des outils semi-conducteurs est important pour l'efficacité opérationnelle. Cela implique de réduire les temps d'arrêt potentiels où que ce soit.

L'utilisation de gaz précurseurs dangereux et corrosifs, ainsi que de fortes fluctuations de température et pression, nécessite que vos vannes soient conçues et fabriquées spécifiquement pour les systèmes ALD/ALE. Les considérations de conception doivent inclure les matériaux de construction. Une formulation d'acier inoxydable avec un équilibre optimisé d'alliages haute performance et de contenu résiduel est critique pour les environnements de production semi-conducteurs. Des niveaux élevés de chrome, nickel et molybdène augmenteront à la fois la résistance du matériau et sa capacité à résister à la corrosion. Certains contenus résiduels doivent aussi rester, notamment un équilibre spécifique de soufre pour assurer une finition de surface et une soudabilité optimales. Votre fabricant doit pouvoir équilibrer ces attributs critiques selon les exigences de l'application.

Une sélection de matériaux optimisée peut contribuer à prolonger la durée de vie des composants, réduisant les temps d'arrêt pour maintenance, réparation ou remplacement. Chaque minute d'arrêt représente un coût significatif et une perte de revenu potentiel. Vu le rôle critique des vannes en ALD/ALE (et leur faible coût relatif au système global), investir dans des composants de systèmes de fluides plus performants peut générer un retour sur investissement significatif.

Travailler avec le bon fournisseur pour se procurer des vannes de process ALD et ALE de haute qualité et haute fiabilité est aussi important. Idéalement, votre fournisseur démontrera une compréhension des processus par couches atomiques et de leurs complexités inhérentes, et pourra vous guider vers la bonne sélection de vannes. Nos spécialistes semi-conducteurs ont une vaste expérience pour aider les fabricants d'outils et les fondeurs à faire évoluer leurs processus et équipements. Si vous souhaitez en savoir plus sur l'optimisation de vos processus, nos spécialistes sont prêts à engager la conversation.