Wie Sie die drei gängigsten Herausforderungen in der Halbleiterherstellung mittels Atomlagenabscheidung erfolgreich meistern

Wie Sie Herausforderungen bei der Halbleiterherstellung mittels ALD und ALE meistern

Bei der hochpräzisen Halbleiterherstellung nimmt die Qualität essenzieller Fluidsystemkomponenten einen besonders hohen Stellenwert ein. Bei der Atomlagenabscheidung (ALD) und beim Atomlagenätzen (ALE) ist bei allen Systemkomponenten zum Beispiel höchste Reinheit gefragt. Dies wird jedoch zunehmend schwieriger, da die Komponenten immer kleiner werden. Auch ein leckagefreier Betrieb ist eine Grundvoraussetzung, da viele der in der Produktion eingesetzten Gase gefährliche Eigenschaften aufweisen.

Aufgrund dieser Bedingungen könnte man davon ausgehen, dass es einen kommerzialisierten Markt für Ventile, Verschraubungen und andere wichtige Fluidsystemkomponenten für die Halbleiterherstellung gibt. Da alle Komponenten diese grundlegenden Eigenschaften erfüllen müssen, sollte man doch eigentlich davon ausgehen können, dass sie auch eine ähnliche Leistung aufweisen.

Doch das ist leider nicht immer der Fall. Ultrahochreine ALD-Ventile für die Halbleiterherstellung sind nicht alle gleich. Fortschrittliche Komponenten können Herstellern jedoch dabei helfen, einige der größten Herausforderungen der Halbleiterherstellung zu meistern. Im Folgenden beschäftigen wir uns mit den drei gängigsten Herausforderungen in der Halbleiterherstellung. Zudem gehen wir darauf ein, wie Sie diese mithilfe der passenden ALD-Ventile und anderer Fluidsystemkomponenten erfolgreich meistern.

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1. Handhabung von instabilen Stoffen

Wie bereits erwähnt, sind viele der gasförmigen Vorprodukte in ALD- und ALE-Prozessen instabil und gefährlich. Ventile müssen vor allem dicht sein, aber auch weitere Voraussetzungen erfüllen.

Für einen effektiveren Einsatz von Vorprodukten sowie zum Testen neuer Produkte kann es notwendig sein, Ihre Ventile unterschiedlichen Drücken und Temperaturen auszusetzen. Nur so kann ein gleichbleibender und reproduzierbarer Gasdurchfluss gewährleistet werden. Das bedeutet, dass Ventile über große Druck- und Temperaturbereiche, auch bis zu 200 °C, vorhersehbar und zuverlässig funktionieren müssen.

ALD- und ALE-Ventile müssen außerdem in der Lage sein, auch bei Spülvorgängen genauso exakt zu arbeiten wie bei der Dosierung von chemischen Stoffen. Bei diesem zweistufigen Verfahren wird das gasförmige Vorprodukt zunächst mit Stickstoff nachgespült, worauf eine weitere Spülung folgt. Dieser Vorgang muss so schnell und konsistent wie möglich erfolgen, um eine möglichst effiziente Produktion zu ermöglichen.

Ventile müssen über große Druck- und Temperaturbereiche, auch bis zu 200 °C, vorhersehbar und zuverlässig funktionieren .

Zum Ausgleich der extremen Temperaturschwankungen und für effektivere Spülvorgänge können bestimmte ALD-Membranventile und Ventilblöcke mit mehreren Ventilen eingesetzt werden. Für welche dieser beiden Optionen Sie sich entscheiden, hängt allein von Ihrer Anwendung ab. Ventilblöcke kommen eher in Anwendungen zum Einsatz, in denen eine häufigere Spülung erforderlich ist. Doch beim Umgang mit den unterschiedlichen Eigenschaften neuer chemischer Einsatzstoffe können beide Optionen von Vorteil sein.

2. Durchsatzoptimierung

Der wichtigste Aspekt für Hersteller besteht heute darin, den Anteil an spezifikationsgerechten Chips in einem Produktionszyklus zu maximieren.

Die Produktionsgeschwindigkeit spielt zwar auch eine große Rolle, doch eine gleichbleibende Qualität und Zuverlässigkeit sind sogar noch wichtiger. ALD- und ALE-Prozesse umfassen Millionen von chemischen Dosierungsvorgängen. Spezielle Prozessventile sorgen hierbei für eine zuverlässige Dosierung – und das oftmals über viele Millionen Schaltzyklen. Die Dosierung der chemischen Stoffe wird zum einen durch die Durchflusskapazität der Prozessventile beeinflusst, zum anderen jedoch noch etwas mehr durch die Dauer in Millisekunden, für die das Prozessventil geöffnet ist. Kleine Abweichungen bei der Reaktionszeit nach Ventilbetätigung können zu einer unerwarteten Änderung der Stoffmenge führen, die in die Prozesskammer gelangt.

Kleine Abweichungen bei der Reaktionszeit nach Ventilbetätigung können zu einer unerwarteten Änderung der Stoffmenge führen, die in die Prozesskammer gelangt.

Es gibt einige optimale Parameter, die ein gut ausgelegtes Prozessventil für eine gleichbleibend hohe Leistung erfüllen sollte.

• Ventile sollten auch bei hohen Temperaturen von bis zu 200 °C eine optimale Leistung erbringen
• In einigen Prozessen kann es nützlich sein, wenn die Ventile vollständig in die Gasbox eingetaucht werden können. So kann die Dosierung und Spülung der Prozessgase kontrollierter erfolgen.
• Ventile sollten einen hohen und gleichmäßigen Durchfluss ermöglichen, um die Einhaltung der Produktionsanforderungen zu gewährleisten. Der Durchfluss muss streng kontrolliert werden und genau innerhalb der festgelegten Toleranzen liegen. Das bedeutet wiederum, dass die Reaktionszeit und Betätigungsgeschwindigkeit des Ventils so kurz wie möglich sein müssen.
• Ventile sollten über Millionen von Schaltzyklen eine gleichbleibende Leistung erbringen

3. Reduzierung der Gesamtbetriebskosten

Zu guter Letzt ist auch die Reduzierung der Gesamtbetriebskosten für Halbleiterproduktionsanlagen wichtig für die betriebliche Effizienz. Dabei geht es insbesondere darum, Ausfallzeiten so gering wie möglich zu halten.

Beim Einsatz von gefährlichen oder korrosiven Gasen sowie bei erheblichen Druck- und Temperaturschwankungen müssen die verwendeten Ventile speziell für ALD-/ALE-Prozesse ausgelegt und gefertigt sein. Bei der Auslegung spielen auch die Ventilwerkstoffe eine wichtige Rolle. Ein Edelstahlwerkstoff mit einer optimierten Kombination aus hochleistungsfähigen Legierungen und Reststoffen ist in der Halbleiterproduktion von entscheidender Bedeutung. Ein höherer Chrom-, Nickel- und Molybdängehalt bei Edelstahlwerkstoffen kann beispielsweise dazu beitragen, dass der Werkstoff fester und beständiger gegenüber korrosiven Medien wird. Einige Reststoffe in der Stahllegierung sind unvermeidlich. Für eine optimale Oberflächenbeschaffenheit und Schweißbarkeit der Komponenten führt beispielsweise kein Weg an einem Restgehalt an Schwefel vorbei. Ihr Ventilhersteller sollte diese wichtigen Leistungsmerkmale mit den jeweiligen Anforderungen Ihrer Anwendung in Einklang bringen.

Durch eine optimale Werkstoffauswahl können die Lebensdauer von Komponenten verlängert und die Ausfallzeiten für Wartungen, Reparaturen oder Austauschvorgänge verringert werden. Jeder noch so kurze Anlagenstillstand bringt erhebliche Kosten und Umsatzverluste mit sich. Angesichts der wichtigen Rolle, die Ventile in ALD- und ALE-Prozessen spielen (und im Hinblick auf die relativ geringen Kosten im Vergleich zum Gesamtsystem) können sich Investitionen in leistungsfähige Fluidsystemkomponenten schnell bezahlt machen.

Ein weiterer entscheidender Faktor für qualitativ hochwertige und zuverlässige ALD- und ALE-Ventile ist die Zusammenarbeit mit einem geeigneten Hersteller. Idealerweise verfügt dieser über fundiertes Wissen im Bereich der Atomlagenabscheidung und ähnlichen Verfahren und kennt die damit verbundenen Herausforderungen und zentralen Aspekte für die Ventilauswahl. Unsere Halbleiterexperten helfen Chipherstellern und Herstellern von Halbleiterproduktionsanlagen mit ihrer umfangreichen Erfahrung dabei, ihre Produktionsprozesse und Ausrüstung zu optimieren. Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, welches Optimierungspotenzial in Ihren Prozessen steckt, wenden Sie sich noch heute an unsere Experten.

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