Jejak Kecil, Potensi Besar:Bagaimana Katup ALD yang Ditingkatkan Akan Mengkatalisasi Keberhasilan Semikonduktor

Satu Katup Baru. Tiga Alasan Dapat Mengubah Manufaktur Semikonduktor.

Matt Ferraro, Manajer Produk, Semikonduktor

Pasar semikonduktor bukanlah pasar yang mudah dinavigasi. Pembuat wafer semikonduktor berada di bawah tekanan konstan untuk mempertahankan presisi maksimum dalam proses yang sangat kompleks yang melibatkan bahan mahal, gas korosif, dan suhu ekstrem. Ada sedikit ruang untuk kesalahan, terutama mengingat tekanan tambahan untuk mengikuti persaingan dan tuntutan teknologi yang berkembang pesat.

OEM alat semikonduktor berada di bawah tekanan yang sama. Mereka bekerja terus menerus untuk meningkatkan efisiensi alat mereka dan membedakan desain produk mereka dari pesaing mereka sehingga pelanggan dapat mencapai lebih banyak dalam waktu yang lebih singkat tanpa mengorbankan kualitas. Mungkin yang lebih penting, mereka juga harus terus melihat ke depan, menemukan cara untuk memungkinkan perakit mengoptimalkan proses dan input mereka (seperti gas prekursor baru) saat mereka berlomba untuk mengantarkan teknologi chip generasi berikutnya.

Selama bertahun-tahun, produsen semikonduktor telah melihat optimalisasi proses deposisi lapisan atom (ALD) sebagai hal yang penting untuk keberhasilan bisnis mereka. Penting untuk proses ini adalah katup ultrahigh-purity (UHP) yang sangat direkayasa untuk memberikan dosis gas yang tepat selama proses deposisi yang digunakan untuk membuat chip semikonduktor. Meskipun komponennya relatif kecil, katup ini memiliki dampak besar pada keberhasilan atau kegagalan proses pembuatan chip.

Katup UHP yang digunakan dalam proses ALD cukup maju dibandingkan dengan katup yang biasa ditemukan dalam aplikasi industri umum, namun produsen semikonduktor masih menemukan diri mereka mencari kinerja yang lebih tinggi dalam hal faktor-faktor seperti stabilitas termal dan kapasitas aliran akhir-akhir ini. Kemampuan katup ALD tidak berubah secara drastis selama bertahun-tahun, namun jelas bahwa perubahan diperlukan jika industri semikonduktor ingin mencapai tingkat inovasi dan produktivitas baru.

Mengenali Ruang untuk Peningkatan

Stabilitas Termal

Katup UHP harus dipanaskan hingga suhu tinggi selama proses ALD untuk menjaga agar gas bertekanan uap rendah tidak membeku sebelum waktunya. Akan tetapi, aktuator pada katup diafragma UHP yang ada seringkali tidak dapat sepenuhnya dibenamkan ke dalam kotak gas, dan harus diisolasi secara termal untuk mempertahankan fungsinya. Hal ini dapat menyebabkan perbedaan suhu antara berbagai komponen katup. Ketika ini terjadi, pendinginan gas yang ditransmisikan dapat terjadi, seperti yang terlihat pada Gambar 1, dengan warna yang berbeda mewakili suhu yang bervariasi.

Ini terutama bermasalah ketika menggunakan prekursor yang membutuhkan stabilitas suhu yang tepat untuk tetap dalam keadaan gas sebelum pengendapan, menghasilkan penumpukan residu yang tidak diinginkan yang mengarah pada dosis yang tidak konsisten. Mengingat pentingnya pengulangan di pasar semikonduktor, penghapusan potensi varians atau inkonsistensi akan disambut oleh banyak orang.

Laju Aliran

Tantangan utama lainnya untuk OEM dan perakit alat semikonduktor adalah kapasitas aliran terbatas dari katup UHP yang ada yang cocok untuk proses ALD. Sementara katup diafragma UHP yang ada menawarkan laju aliran yang umumnya dapat diterima hingga sekarang, laju tersebut dapat menurun saat katup dipanaskan. Meningkatkan kemampuan laju aliran katup dapat meningkatkan laju di mana perakit dapat menghasilkan wafer semikonduktor — atau setidaknya dapat memungkinkan mereka lebih banyak fleksibilitas proses untuk memastikan stabilitas gas pendahulunya — yang berpotensi meningkatkan pendapatan dalam proses.

Kemampuan Bereksperimen

Meskipun ada banyak tantangan yang melekat pada manufaktur semikonduktor saat ini, ada juga kebutuhan untuk bereksperimen dengan proses dan media baru yang dapat memungkinkan keunggulan kompetitif di masa depan.

Ada potensi bagi perakit untuk meningkatkan teknologi microchip dan proses ALD saat ini dengan menggunakan gas prekursor baru yang sangat reaktif, tetapi teknologi katup ALD yang ada saat ini tidak menyediakan laju aliran tinggi yang konsisten yang diperlukan untuk menghindari penurunan tekanan di katup, yang dapat menyebabkan gas bertekanan uap rendah berubah keadaan. Gambar 2 mengilustrasikan bagaimana laju aliran dapat memengaruhi penurunan tekanan di tiga katup berbeda.

Fabrikasi dapat memperlambat laju aliran dalam proses mereka cukup untuk mencapai penurunan tekanan rendah yang diperlukan untuk menggunakan gas prekursor tekanan uap rendah ini tetapi hal itu umumnya tidak layak secara ekonomi karena penurunan yang diperlukan dalam efisiensi sistem secara keseluruhan. Peningkatan dalam teknologi katup UHP akan menjadi kunci untuk membantu produsen semikonduktor menemukan apa yang akan terjadi selanjutnya tanpa mengorbankan keberlanjutan finansial.

Tiga Tantangan, Satu Solusi

Kabar baiknya adalah generasi berikutnya dari katup ALD memasuki pasar, dan peningkatan desain mereka atas teknologi katup ALD yang ada menjanjikan masa depan manufaktur microchip. Berikut adalah tiga alasan untuk pandangan positif.

1. Katupnya benar-benar tidak dapat tenggelam di dalam kotak gas.

Dalam aplikasi di mana konsistensi adalah kuncinya, sekarang risiko penumpukan atau inkonsistensi deposisi lebih kecil dibandingkan dengan proses ALD saat ini. Desain katup ALD baru memungkinkan seluruh katup dipanaskan hingga 200°C (392°F), karena aktuator tidak perlu diisolasi untuk mempertahankan integritas atau ketepatan dosisnya. Ini berarti bahwa perakit semikonduktor dapat merasa yakin bahwa gas yang mengalir melalui katup ALD generasi berikutnya akan terpapar pada suhu yang seragam, menghilangkan beberapa tingkat variabilitas dari proses. Gambar 3 menunjukkan keadaan stabilitas termal yang ideal, dibandingkan dengan Gambar 1 dengan suhu yang bervariasi.

2. Laju aliran bisa jauh lebih tinggi.

Pemimpin industri semikonduktor sekarang dapat mencapai laju aliran yang lebih besar yang mereka cari tanpa harus berkompromi dengan kebersihan atau umur panjang komponen. Sementara katup yang ada mungkin menawarkan koefisien aliran 0,6 Cv, katup baru dapat menawarkan aliran dua kali lipat (1,2 Cv) dalam tapak yang sama (1,5 inci), memungkinkan produsen alat memberikan output yang lebih besar tanpa memerlukan peralatan ulang atau perubahan proses signifikan lainnya. Namun, jika pabrikator memiliki fleksibilitas untuk menerapkan katup ALD baru dengan tapak yang sedikit lebih besar (1,75 inci), mereka dapat hampir tiga kali lipat laju aliran katup ALD yang ada, mencapai koefisien aliran hingga 1,7 Cv.

Peningkatan substansial dalam kapasitas aliran ini dimungkinkan oleh katup ALD baru yang menampilkan desain bellow daripada desain diafragma tradisional. Katup bellow mampu menghasilkan laju aliran yang lebih tinggi, dan bellow di dalam katup ALD baru sangat dipoles hingga selesai 5 in Ra untuk mencapai kinerja UHP yang diharapkan produsen dari katup diafragma yang saat ini digunakan di pasar. Pada Gambar 4, Anda dapat melihat bellow yang ditampilkan di tengah katup. Desain baru menggabungkan fitur terbaik dari kedua teknologi katup menjadi satu katup UHP dengan siklus hidup yang sangat tinggi.

3. Atribut kinerja yang ditingkatkan memungkinkan inovasi.

Pemain yang berpikiran maju dalam industri semikonduktor sekarang tidak akan terlalu dibatasi dari perspektif inovasi. Teknologi katup ALD baru memberikan kinerja dan daya tahan untuk memungkinkan produsen semikonduktor bekerja di area baru tabel periodik unsur, bereksperimen dengan gas prekursor tekanan uap rendah untuk menemukan bahan yang mungkin berkinerja lebih baik daripada yang digunakan dalam proses ALD saat ini. Selain mempertahankan suhu yang konsisten dan memungkinkan laju aliran yang lebih tinggi, katup ALD baru ditawarkan dalam bahan yang sangat tahan korosi seperti Alloy 22, yang berarti bahan kimia yang lebih agresif dapat digunakan untuk pemrosesan tanpa khawatir tentang korosi lubang atau celah yang bermasalah.

Pilihan yang Lebih Baik untuk Industri yang Menuntut.

Katup UHP baru, seperti katup UHP ALD20 Swagelok yang baru dirilis, memiliki potensi besar untuk mengubah pasar dengan memberi produsen semikonduktor deposisi berkualitas tinggi yang mereka butuhkan tanpa mengorbankan efisiensi proses. Apa yang tidak akan berubah, bagaimanapun, adalah tuntutan yang kompetitif dan cepat berubah pada produsen di industri semikonduktor.

Sementara produsen alat dan fabrikator menyesuaikan proses dan desain sistem mereka untuk memanfaatkan komponen canggih seperti ALD20 dengan sebaik-baiknya, Swagelok akan tetap berdedikasi pada inovasi dan peningkatan berkelanjutan dalam dirinya sendiri—bermitra dengan pelanggan untuk mengembangkan solusi berikutnya untuk tantangan industri. Bekerja di pasar semikonduktor berarti tetap dalam perjalanan perbaikan berulang yang konstan, dan Swagelok dapat membantu Anda dalam perjalanan itu.

Untuk mempelajari lebih lanjut tentang katup UHP untuk industri semikonduktor, atau katup ALD20 Swagelok yang baru khususnya, kunjungi tautan di bawah ini. Untuk memulai percakapan tentang bagaimana operasi Anda dapat memperoleh manfaat dari teknologi katup ALD terbaru, hubungi pusat penjualan dan layanan lokal Anda.