Tillverkning av gasdistributionssystem i halvledarindustrin

I halvledarstillverkning gör gaser allt arbete och lasrar får all uppmärksamhet. Medan lasrar gör etsningstransistormönster i kisel, är etsningen som först sätter in kisel och bryter ner lasern för att göra kompletta kretsar en serie gaser. Det är inte förvånande att dessa gaser, som används för att utveckla mikroprocessorer genom en flerstegsprocess, är av hög renhet. Utöver denna begränsning har många av dem andra problem och begränsningar. Vissa av gaserna är kryogena, andra är frätande och ännu andra är mycket giftiga.

Sammantaget gör dessa begränsningar tillverkning av gasdistributionssystem för halvledarindustrin till en betydande utmaning. Materialspecifikationer är krävande. Förutom materialspecifikationer är en gasfördelningsuppsättning en komplex elektromekanisk uppsättning av sammankopplade system. Miljöerna där de monteras är komplexa och överlappande. Sluttillverkning sker på platsen som en del av installationsprocessen. Orbitallödning hjälper till att uppfylla de höga specifikationerna för gasfördelningskraven samtidigt som man tillverkar tillverkning i trånga, utmanande miljöer mer hanterbara.

Hur halvledarindustrin använder gaser

Innan du försöker planera tillverkningen av ett gasdistributionssystem är det nödvändigt att åtminstone förstå grunderna för halvledartillverkning. I kärnan använder halvledare gaser för att avsätta nästan elementala fasta ämnen på en yta på ett mycket kontrollerat sätt. Dessa avsatta fasta ämnen modifieras sedan genom att införa ytterligare gaser, lasrar, kemiska etsar och värme. Stegen i den breda processen är:

Deposition: Detta är processen att skapa den initiala kiselskivan. Kiselprekursorgaser pumpas in i en vakuumavlagringskammare och bildar tunna kiselskivor genom kemiska eller fysiska interaktioner.

Fotolitografi: Fotoavsnittet hänvisar till lasrar. I det högre extrema ultravioletta litografi (EUV) -spektrum som används för att göra de högsta specifikationschips, används en koldioxidlaser för att etsa mikroprocessorkretsarna i skivan.

ETSNING: Under etsningsprocessen pumpas halogen-kolgas in i kammaren för att aktivera och lösa utvalda material i kiselsubstratet. Denna process graverar effektivt de lasertryckta kretsarna på underlaget.

Doping: Detta är ett ytterligare steg som ändrar konduktiviteten för den etsade ytan för att bestämma de exakta förhållandena under vilka halvledaren leder.

Glödgning: I denna process utlöses reaktioner mellan skivskikt av förhöjd tryck och temperatur. I huvudsak slutför det resultaten från den tidigare processen och skapar den slutgiltiga processorn i skivan.

Rengöring av kammare och linje: gaserna som användes i föregående steg, särskilt etsning och doping, är ofta mycket giftiga och reaktiva. Därför måste processkammaren och gaslinjerna som matar den fyllas med neutraliserande gaser för att minska eller eliminera skadliga reaktioner och sedan fyllas med inerta gaser för att förhindra intrång av förorenande gaser från den yttre miljön.

Gasdistributionssystem i halvledarindustrin är ofta komplexa på grund av de många olika gaserna som är involverade och den snäva kontrollen av gasflöde, temperatur och tryck som måste hållas över tid. Detta kompliceras ytterligare av den extremt höga renhet som krävs för varje gas under processen. Gaserna som användes i föregående steg måste spolas ut ur linjerna och kamrarna eller på annat sätt neutraliseras innan nästa steg i processen kan börja. Detta innebär att det finns ett stort antal specialiserade linjer, gränssnitt mellan det svetsade rörsystemet och slangarna, gränssnitt mellan slangarna och rören och gasregulatorerna och sensorerna och gränssnitt mellan alla de tidigare nämnda komponenterna och ventilerna och tätningssystemen som är utformade för att förhindra rörledningsföroreningar av naturgasförsörjningen från att bytas ut.

Dessutom kommer renrumsexteriorer och specialgaser att vara utrustade med bulkgasförsörjningssystem i renrumsmiljöer och specialiserade begränsade områden för att mildra eventuella faror i händelse av oavsiktligt läckage. Svetsning av dessa gassystem i en så komplex miljö är ingen enkel uppgift. Men med omsorg, uppmärksamhet på detaljer och rätt utrustning kan denna uppgift utförs framgångsrikt.

Tillverkning av gasdistributionssystem i halvledarindustrin

Materialet som används i distributionssystem för halvledargas är mycket varierande. De kan inkludera saker som PTFE-fodrade metallrör och slangar för att motstå mycket frätande gaser. Det vanligaste materialet som används för rörledningar för allmänt ändamål i halvledarindustrin är 316L rostfritt stål - en lågkol rostfritt stålvariant. När det gäller 316L mot 316 är 316L mer resistent mot intergranulär korrosion. Detta är en viktig övervägande när man hanterar en rad mycket reaktiva och potentiellt flyktiga gaser som kan korrodera kol. Svetsning 316L rostfritt stål frigör mindre kolutfällningar. Det minskar också potentialen för korngränserosion, vilket kan leda till att korrosion i svetsar och värme påverkar zoner.

För att minska möjligheten att leda korrosion som leder till produktlinjekorrosion och förorening är 316L rostfritt stål svetsat med ren argonskyddande gas och volfram gasskyddade svetsskenor är standarden i halvledarindustrin. Den enda svetsprocessen som ger den kontroll som behövs för att upprätthålla en miljö med hög renhet vid processrör. Automatiserad omloppssvetsning är endast tillgänglig i halvledargasfördelning