フットプリントは小さく、大きな可能性:改善された ALD バルブが半導体の成功を促進する方法

1 つの新しいバルブ。半導体製造を変える 3 つの理由

Matt Ferraro、プロダクト マネージャー、セミコンダクター

半導体市場は容易にナビゲートできるものではありません。半導体ウェーハ製造業者は、高価な材料、腐食性ガス、極端な温度を伴う非常に複雑なプロセスで最高の精度を維持するというプレッシャーに常にさらされています。特に、競争に遅れずについていくという追加の負担と、急速に進化するテクノロジーの要求を考えると、エラーの余地はほとんどありません。

半導体ツールの OEM も同様のプレッシャーにさらされています。ツールの効率を改善し、製品設計を競合他社と差別化するために継続的に取り組んでいるため、顧客は品質を犠牲にすることなく、より短い時間でより多くのことを達成できます。おそらくもっと重要なことは、製造業者が次世代のチップ技術を先導するために競争する際に、製造業者がプロセスと入力 (新しい前駆体ガスなど) を最適化できるようにする方法を見つけて、常に先を見据えなければならないことです。

何年もの間、半導体メーカーは、原子層堆積 (ALD) プロセスの最適化がビジネスの成功に不可欠であると考えてきました。これらのプロセスに不可欠なのは、半導体チップの作成に使用される堆積プロセス中に正確な量のガスを供給するように高度に設計された超高純度 (UHP) バルブです。これらのバルブは比較的小さなコンポーネントですが、チップ製造プロセスの成功または失敗に大きな影響を与えます。

ALD プロセスで使用される UHP バルブは、一般的な産業用アプリケーションで一般的に見られるバルブと比較して非常に高度ですが、半導体メーカーは、最近の熱安定性や流量容量などの要因に関して、依然としてより高い性能を求めていることに気付きました。 ALD バルブの機能は長年にわたって劇的に変化していませんが、半導体産業が新しいレベルのイノベーションと生産性に到達するには、変化が必要であることは明らかです。

改善の余地を認識する

熱安定性

低蒸気圧ガスが早期に固化するのを防ぐため、ALD プロセス中に UHP バルブを高温に加熱する必要があります。ただし、既存の UHP ダイアフラム バルブのアクチュエータは、多くの場合、ガス ボックスに完全に浸すことができないため、機能を維持するために熱的に分離する必要があります。これにより、バルブの異なるコンポーネント間で温度の不一致が生じる可能性があります。これが発生すると、図 1 に示すように、透過ガスの冷却が発生し、さまざまな色がさまざまな温度を表します。

これは、正確な温度安定性を必要とする前駆体を使用して堆積前にガス状態を維持する場合に特に問題となります。半導体市場における再現性の重要性を考えると、変動や不一致の可能性を排除することは多くの人に歓迎されるでしょう。

流量

半導体ツールの OEM および製造業者にとってのもう 1 つの重要な課題は、ALD プロセスに適した既存の UHP バルブの流量容量が限られていることです。既存の UHP ダイアフラム バルブは、これまで一般的に許容されていた流量を提供しますが、バルブが加熱されると流量が低下する可能性があります。バルブの流量能力を高めることで、ファブリケーターが半導体ウエハーを生産できる速度を高めることができます。または、少なくともプロセスの柔軟性を高めて前駆体ガスの安定性を確保し、プロセスの収益を押し上げる可能性があります。

実験する能力

今日の半導体製造には固有の課題がたくさんありますが、明日の競争上の優位性を可能にする新しいプロセスとメディアを試す必要もあります。

新しい高反応性前駆体ガスを使用することで、ファブリケーターが今日のマイクロチップ技術と ALD プロセスを改善する可能性がありますが、既存の ALD バルブ技術は現在、バルブ全体の圧力低下を回避するために必要な一貫した高流量を提供していません。低蒸気圧ガスの状態を変化させます。図 2 は、流量が 3 つの異なるバルブの圧力降下にどのように影響するかを示しています。

製造者は、これらの低蒸気圧の前駆体ガスを使用するために必要な低圧力損失を達成するために、プロセスの流量を十分に遅くすることができますが、システム全体の効率を低下させる必要があるため、一般に経済的に実行可能ではありません。 UHP バルブ技術の改善は、半導体メーカーが財務の持続可能性を犠牲にすることなく次のステップを発見するのに役立つ鍵となります。

3 つの課題、1 つの解決策

良いニュースは、次世代の ALD バルブが市場に出回っていることです。既存の ALD バルブ技術に対する設計の改善は、マイクロチップ製造の将来に大きな期待を寄せています。ここでは、前向きな見通しの 3 つの理由を説明します。

1.バルブはガス ボックスに完全に浸すことができます。

一貫性が重要なアプリケーションでは、現在の ALD プロセスと比較して、蓄積や堆積の不一致のリスクが少なくなります。新しい ALD バルブの設計では、バルブ全体を 200°C (392°F) まで加熱することができます。これは、完全性や投与精度を維持するためにアクチュエーターを分離する必要がないためです。これは、半導体製造者が、次世代 ALD バルブを流れるガスが均一な温度にさらされ、プロセスからある程度のばらつきがなくなることを確信できることを意味します。図 3 は、さまざまな温度の図 1 と比較して、熱安定性の理想的な状態を示しています。

2. 流量ははるかに高くなる可能性があります。

半導体業界のリーダーは、清浄度やコンポーネントの寿命を犠牲にすることなく、求めていたより大きな流量を達成できるようになりました。既存のバルブは 0.6 Cv の流量係数を提供する可能性がありますが、新しいバルブは同じフットプリント (1.5 インチ) で 2 倍の流量 (1.2 Cv) を提供できるため、ツール メーカーは、ツールの交換やその他の大幅なプロセス変更を必要とせずに、より大きな出力を提供できます。ただし、製造業者がわずかに大きな設置面積 (1.75 インチ) の新しい ALD バルブを実装する柔軟性を持っている場合、既存の ALD バルブの流量をほぼ 3 倍にして、最大 1.7 Cv の流量係数を達成できます。

これらの流量容量の大幅な改善は、従来のダイヤフラム設計ではなく、ベローズ設計を特徴とする新しい ALD バルブによって可能になりました。ベローズ バルブはより高い流量が可能であり、新しい ALD バルブ内のベローズは 5 μin Ra 仕上げまで高度に研磨されており、メーカーが現在市場で使用されているダイヤフラム バルブに期待するようになった UHP 性能を実現しています。図 4 では、バルブの中央にベローズが配置されています。新しい設計は、両方のバルブ技術の最高の機能を 1 つの UHP バルブに組み合わせ、超高サイクル寿命を実現します。

3.改善されたパフォーマンス属性により、革新が可能になります。

半導体業界の先見の明のあるプレーヤーは、イノベーションの観点から制約を受けることが少なくなります。新しい ALD バルブ技術は、半導体メーカーが元素の周期表の新しい領域で作業できるようにするための性能と耐久性を提供し、低蒸気圧の前駆体ガスを実験して、今日の ALD プロセスで使用されているものよりも優れた性能を発揮する可能性のある材料を見つけます。一貫した温度を維持し、より高い流量を可能にするだけでなく、新しい ALD バルブは Alloy 22 などの耐腐食性の高い材料で提供されています。つまり、問題のある孔食や隙間腐食を心配することなく、より積極的な化学物質を処理に使用できます。

要求の厳しい業界向けの優れたオプション。

Swagelok が最近リリースした UHP ALD20 バルブなどの新しい UHP バルブは、プロセス効率を犠牲にすることなく半導体メーカーが必要とする高品質の成膜を提供することで、市場を変える大きな可能性を秘めています。しかし、変化しないのは、半導体業界の製造業者に対する競争の激しさ、急速に変化する要求です。

工具メーカーやファブリケーターは、ALD20 のような高度なコンポーネントを最大限に活用するためにプロセスやシステム設計を調整しますが、スウェージロックは、顧客と協力して業界の課題に対する次のソリューションを開発することで、独自の技術革新と継続的な改善に専念し続けます。半導体市場で働くということは、絶え間ない改善の旅を続けることを意味し、スウェージロックはその旅のお手伝いをします。

半導体業界向けの UHP バルブ、特に Swagelok の新しい ALD20 バルブの詳細については、以下のリンクにアクセスしてください。最新の ALD バルブ技術がお客様の業務にどのように役立つかについて話し合いを始めるには、お近くの販売およびサービス センターにお問い合わせください。