ALD 半導体プロセスの課題を解決する

ALD および ALE 半導体プロセスの主要な課題を解決する方法

半導体製造の非常に精密な世界では、いくつかの重要な流体システム コンポーネントの品質が参入コストになります。たとえば、原子層堆積 (ALD) および原子層エッチング (ALE) プロセスでは、これらのシステムで使用されるどのコンポーネントにおいても、プロセス ノードがますます小さくなるにつれて維持がますます困難になる一方で、極度の清浄度が重要になります。生産プロセスの流体システムで使用されるガスの多くは危険な場合があるため、漏れのない性能も必須です。

これらの状況は、半導体の世界におけるバルブ、フィッティング、およびその他の重要な流体システム コンポーネントの市場がややコモディティ化したことを示しているように見えるかもしれません。すべてのオプションがこれらの重要な特性を提供する必要があるため、それら全体の最終用途のパフォーマンス レベルは比較的同じままであると期待できます。

必ずしも。 ALD 半導体処理用の超高純度バルブはすべて同じように作られているわけではありません。高度なオプションの中には、製造業者が最も差し迫った課題のいくつかを克服するのに役立つ可能性があるものがあります。以下では、半導体製造業者が直面する上位 3 つの課題と、適切な ALD プロセス バルブやその他の流体システム コンポーネントが、これらの課題に自信を持って対処し、克服するのにどのように役立つかを調べます。

#1.不安定な化学物質の取り扱い

前述のように、ALD および ALE 製造プロセスで一般的な前駆体ガスの多くは不安定で危険です。気密性はバルブの性能に不可欠ですが、他にも注目すべき特性があります。

たとえば、前駆体をより効果的に管理し、新しい前駆体の使用を検討するには、プロセス バルブをさまざまな圧力と温度にさらす必要がある場合があります。これは、バルブが、200°C までを含む幅広いシステム圧力と温度にわたって、予測可能かつ確実に機能しなければならないことを意味します。

さらに、ALD バルブと ALE バルブは、最初の化学物質の投与と同じ正確なパラメーター内でパージ プロセスを実行する必要があります。この 2 段階のプロセスでは、前駆体ガスを窒素でパージする必要があり、窒素も同様にパージする必要があります。生産を可能な限り効率的に保つには、これを迅速かつ一貫して行う必要があります。

バルブは、最大 200°C を含む幅広いシステム圧力と温度にわたって、予測可能かつ確実に機能する必要があります。

変動する極端な温度の影響を軽減し、より効果的にパージすることは、入手可能な特定のマルチポート バルブとマルチバルブ マニホールドを使用して行うことができます。これら 2 つのオプションのどちらを選択するかは、完全にアプリケーションに依存します。通常、マニホールドは、大量のパージが必要なアプリケーションに適しています。しかし、新しい化学の独自の課題に対処しようとする場合、どちらも有利な選択肢になる可能性があります。

#2.収量の最大化

今日のファブは、何よりも 1 つのことに重点を置いています。それは、生産サイクル中に生産できる実行可能なチップの量を最大化することです。

速度は重要ですが、一貫性と再現性はさらに重要です。 ALD および ALE プロセスでは、完了までに数百万回の化学薬品投与が必要になることがよくあります。特殊なプロセス バルブは、多くの場合、何百万サイクルにもわたって、これらの投与量を一貫して確実に供給する役割を担っています。これらの化学薬品の投与量は、プロセス バルブの流量容量によって影響を受ける可能性がありますが、プロセス バルブが開いているミリ秒の影響をより大きく受けます。バルブ作動の応答時間のわずかな変動が、プロセス チャンバーに供給される化学物質の量に予想外の変化をもたらす可能性があります。

バルブ作動の応答時間が短いと、プロセス チャンバーに供給される化学薬品の量に予期しない変化が生じる可能性があります。

一貫して高い性能を発揮するように設計されたプロセス バルブには、いくつかの最適な指標があります。

• バルブは、200°C もの高いプロセス温度で最適な性能を発揮する必要があります
一部のプロセスでは、ガスボックスに完全に浸して、プロセスガスの注入とパージを正確に制御できると便利です。
• 製造基準への準拠を保証するために、高い安定したフローを提供する必要があります。このフローは、厳しいプロセス許容範囲内に収まるように厳密に制御され、正確である必要があります。そのため、バルブの応答と作動速度はできるだけ速くする必要があります。
• バルブは、何百万回ものサイクルにわたって同じレベルの性能を発揮する必要があります

#3.総所有コストの削減

最後に、半導体ツールの総所有コストを削減することは、運用効率の重要な部分です。この目標を達成するには、潜在的なダウンタイムを可能な限り削減する必要があります。

危険で腐食性の前駆体ガスを使用するだけでなく、温度と圧力が激しく変動するため、ALD/ALE システム用にバルブを特別に設計および製造する必要があります。設計上の考慮事項には、バルブの構成材料を含める必要があります。高性能合金と残留成分の最適なバランスを備えたステンレス鋼の配合は、半導体製造環境にとって重要です。ステンレス鋼配合のクロム、ニッケル、モリブデンのレベルを上げると、材料の強度と腐食に耐える能力の両方が向上します。最適な最終用途コンポーネントの表面仕上げと溶接性を確保するために、硫黄の特定のバランスを含め、特定の残留成分も配合に残す必要があります。メーカーは、アプリケーションの要件に合わせて、これらの重要なパフォーマンス属性のバランスを取ることができる必要があります。

最適化された材料の選択は、コンポーネントの耐用年数の延長に貢献し、メンテナンス、修理、または交換のためのダウンタイムを短縮するのに役立ちます。ダウンタイムのあらゆる瞬間は、多大なコストと潜在的な収益の損失を意味します。バルブが ALD および ALE プロセスで果たす重要な役割 (およびシステム全体に比べて低コストであること) を考慮すると、より高性能な流体システム コンポーネントへの投資は、その投資に対して大きな利益をもたらす可能性があります。

適切なサプライヤーと協力して、高品質で信頼性の高い ALD および ALE プロセス バルブを調達することも重要です。理想的には、サプライヤが原子層プロセスとその固有の複雑さを理解していることを示し、ニーズに合った適切なバルブの選択に導くことができます。当社の半導体スペシャリストは、半導体ツール メーカーやチップ ファブリケーターが生産プロセスや設備を進化させるのを支援する豊富な経験を持っています。プロセスを最適化する方法について詳しく知りたい場合は、当社のスペシャリストが会話を開始する準備ができています。