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在半導體行業制造中配氣系統的關鍵作用

2023-07-26 17:20:48        0

在半導體制造中,氣體完成了所有的工作,而激光得到了所有的關注。雖然激光確實將晶體管圖案蝕刻到硅中,但首先沉積硅并分解激光制成完整電路的蝕刻是一系列氣體。這些用于通過多階段過程開發微處理器的氣體具有高純度也就不足為奇了。除了這一限制之外,他們中的許多人還有其他顧慮和限制。有些氣體是低溫的,有些是腐蝕性的,還有一些是劇毒的。

總而言之,這些限制使為半導體行業制造氣體分配系統成為一項相當大的挑戰。材料規格要求很高。除了材料規格外,氣體分配陣列是一個由互連系統組成的復雜機電陣列。組裝它們的環境復雜且重疊。作為安裝過程的一部分,最終制造在現場進行。軌道焊接有助于滿足高規格的氣體分配要求,同時使狹窄的挑戰性環境中的制造更易于管理。

半導體行業如何使用氣體

在嘗試規劃氣體分配系統的制造之前,有必要至少了解半導體制造的基礎知識。半導體的核心是使用氣體以高度可控的方式在表面上沉積近元素固體。然后通過引入額外的氣體、激光、化學蝕刻劑和熱量來修改這些沉積的固體。大致過程中的步驟是:

沉積:這是創建初始硅晶圓的過程。硅前體氣體被泵入真空沉積室,并通過化學或物理相互作用形成薄硅晶片。

光刻:照片部分是指激光。在用于制造最高規格芯片的更高極紫外光刻 (EUV) 光譜中,使用二氧化碳激光將微處理器的電路蝕刻到晶圓中。

蝕刻:在蝕刻過程中,將鹵素-碳氣體泵入腔室,激活并溶解硅基板中的選定材料。這個過程有效地將激光印刷的電路雕刻到基板上。

摻雜:這是一個額外的步驟,可以改變蝕刻表面的導電性,以確定半導體導電的確切條件。

退火:在此過程中,晶圓層之間的反應是通過升高壓力和溫度來引發的。本質上,它最終確定了先前過程的結果,并在晶圓中創建了最終完成的處理器。

腔室和管路清潔:前面步驟中使用的氣體,尤其是蝕刻和摻雜,通常具有劇毒和反應性。因此,工藝室和為其供氣的氣體管線需要充滿中和氣體,以減少或消除有害反應,然后填充惰性氣體,以防止任何來自外部環境的污染氣體侵入。

半導體行業中的氣體分配系統往往很復雜,因為涉及多種不同的氣體,而且隨著時間的推移,對氣體流量、溫度和壓力的控制必須非常嚴格。由于過程中每種氣體所需的超高純度,這進一步復雜化。在下一步過程開始之前,必須將上一步中使用的氣體從管線和腔室中沖洗掉或以其他方式中和。這意味著有大量的專用管線、焊接管系統和軟管之間的接口、軟管和管子與氣體調節器和傳感器之間的接口,以及所有前面提到的組件和閥門和密封系統之間的接口,旨在防止管道污染天然氣供應被換掉了。

此外,潔凈室外部和特種氣體將在潔凈室環境和專用密閉區域內配備散裝氣體供應系統,以減輕意外泄漏時的任何危害。在如此復雜的環境中焊接這些氣體系統并非易事。然而,只要小心、注意細節和合適的設備,這項任務就可以成功完成。

在半導體行業中制造配氣系統

半導體氣體分配系統中使用的材料變化很大。它們可以包括內襯聚四氟乙烯的金屬管和軟管之類的東西,以抵抗高腐蝕性氣體。半導體行業中通用管道最常用的材料是 316L 不銹鋼——一種低碳不銹鋼變體。當談到316L 與 316 時,316L 更耐晶間腐蝕。在處理一系列可能腐蝕碳的高反應性和潛在揮發性氣體時,這是一個重要的考慮因素。焊接 316L 不銹鋼時,釋放的碳析出物較少。它還降低了晶界侵蝕的可能性,晶界侵蝕會導致焊縫和熱影響區出現點蝕。

為降低管道腐蝕導致產品線腐蝕和污染的可能性,使用純氬氣保護氣體和鎢極氣體保護焊 軌道焊接的 316L 不銹鋼是半導體行業的標準。唯一一種能夠提供在工藝管道中保持高純度環境所需的控制的焊接工藝。自動軌道焊接僅提供在半導體氣體分配系統制造過程中完成焊接所需的可重復過程控制。事實上,封閉軌道焊頭可以適應工藝區域之間復雜交匯處的擁擠和困難空間,這也是該工藝的一個重要優勢。

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