작은 설치 공간, 큰 잠재력:개선된 ALD 밸브가 반도체 성공을 촉진하는 방법

하나의 새로운 밸브. 반도체 제조를 변화시킬 수 있는 세 가지 이유

Matt Ferraro, 반도체 제품 관리자

반도체 시장은 순항하기 쉬운 시장이 아니다. 반도체 웨이퍼 제조 업체는 값비싼 재료, 부식성 가스 및 극한의 온도를 포함하는 매우 복잡한 공정에서 최대 정밀도를 유지해야 하는 일정한 압력을 받고 있습니다. 특히 경쟁에 뒤처지지 않고 빠르게 진화하는 기술 요구 사항을 따라가야 하는 추가 부담을 고려할 때 오류의 여지가 거의 없습니다.

반도체 도구 OEM도 비슷한 압력을 받고 있습니다. 그들은 지속적으로 도구의 효율성을 개선하고 제품 디자인을 경쟁업체와 차별화하여 고객이 품질을 희생하지 않고도 더 짧은 시간에 더 많은 것을 달성할 수 있도록 합니다. 아마도 더 중요한 것은 제조업체가 차세대 칩 기술을 도입하기 위해 경쟁할 때 공정과 투입물(예:새로운 전구체 가스)을 최적화할 수 있는 방법을 찾기 위해 끊임없이 앞을 내다보아야 한다는 것입니다.

수년 동안 반도체 제조업체는 ALD(Atomic Layer Deposition) 공정의 최적화가 비즈니스 성공에 매우 중요하다고 생각했습니다. 이러한 공정에 필수적인 것은 반도체 칩을 만드는 데 사용되는 증착 공정 중에 정확한 양의 가스를 전달하도록 고도로 설계된 초고순도(UHP) 밸브입니다. 상대적으로 작은 부품이지만 이러한 밸브는 칩 빌딩 프로세스의 성공 또는 실패에 큰 영향을 미칩니다.

ALD 공정에 사용되는 UHP 밸브는 일반 산업 응용 분야에서 흔히 볼 수 있는 밸브에 비해 상당히 발전되어 있지만 반도체 제조업체는 최근 열 안정성 및 흐름 용량과 같은 요소와 관련하여 여전히 더 높은 성능을 추구하고 있습니다. ALD 밸브의 기능은 수년 동안 크게 바뀌지 않았지만 반도체 산업이 새로운 수준의 혁신과 생산성에 도달하려면 변화가 필요하다는 것은 분명합니다.

개선의 여지 인식

열 안정성

저증기압 가스가 조기에 응고되는 것을 방지하기 위해 UHP 밸브는 ALD 공정 동안 고온으로 가열되어야 합니다. 그러나 기존 UHP 다이어프램 밸브의 액추에이터는 종종 가스 상자에 완전히 담글 수 없으며 기능을 유지하려면 열적으로 격리되어야 합니다. 이로 인해 밸브의 다른 구성 요소 간에 온도 차이가 발생할 수 있습니다. 이것이 발생하면 그림 1에서 볼 수 있듯이 다양한 온도를 나타내는 다른 색상으로 전달된 가스의 냉각이 발생할 수 있습니다.

이는 증착 전에 기체 상태를 유지하기 위해 정확한 온도 안정성이 필요한 전구체를 사용할 때 특히 문제가 되며, 결과적으로 원치 않는 잔류물이 축적되어 일관성 없는 투여로 이어집니다. 반도체 시장에서 반복성의 중요성을 고려할 때, 변동 또는 불일치 가능성을 제거하는 것은 많은 사람들에게 환영받을 것입니다.

유량

반도체 도구 OEM 및 제조업체의 또 다른 주요 과제는 ALD 공정에 적합한 기존 UHP 밸브의 제한된 흐름 용량입니다. 기존 UHP 다이어프램 밸브는 지금까지 일반적으로 허용되는 유량을 제공하지만 밸브가 가열되면 이러한 유량이 감소할 수 있습니다. 밸브의 유속 기능을 높이면 제조업체가 반도체 웨이퍼를 생산할 수 있는 속도를 높일 수 있거나 최소한 전구체 가스의 안정성을 보장하기 위해 더 많은 공정 유연성을 허용하여 잠재적으로 공정 수익을 높일 수 있습니다.

실험 능력

오늘날 반도체 제조에 내재된 많은 도전 과제가 있지만 미래의 경쟁 우위를 가능하게 할 수 있는 새로운 프로세스와 매체를 실험할 필요도 있습니다.

제조업체가 새로운 고 반응성 전구체 가스를 사용하여 오늘날의 마이크로칩 기술 및 ALD 공정을 개선할 가능성이 있지만 기존 ALD 밸브 기술은 현재 밸브 전체의 압력 강하를 방지하는 데 필요한 일관되게 높은 유량을 제공하지 않습니다. 낮은 증기압 가스의 상태를 변경합니다. 그림 2는 유량이 세 가지 다른 밸브의 압력 강하에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 보여줍니다.

제작자는 이러한 저증기압 전구체 가스를 사용하는 데 필요한 낮은 압력 강하를 달성하기에 충분히 공정에서 유량을 늦출 수 있지만 그렇게 하는 것은 일반적으로 전체 시스템 효율의 요구되는 저하로 인해 경제적으로 실행 가능하지 않습니다. UHP 밸브 기술의 개선은 반도체 제조업체가 재정적 지속 가능성을 희생하지 않으면서 다음 단계를 발견하도록 돕는 열쇠가 될 것입니다.

세 가지 과제, 하나의 솔루션

좋은 소식은 차세대 ALD 밸브가 시장에 출시되고 있으며 기존 ALD 밸브 기술에 대한 설계 개선이 마이크로칩 제조의 미래에 대한 큰 가능성을 제시한다는 것입니다. 긍정적인 전망의 세 가지 이유는 다음과 같습니다.

1. 밸브는 가스 상자에 완전히 잠길 수 있습니다.

일관성이 핵심인 애플리케이션에서는 오늘날의 ALD 프로세스에 비해 축적 또는 증착 불일치 위험이 적습니다. 새로운 ALD 밸브의 설계를 통해 전체 밸브를 최대 200°C(392°F)까지 가열할 수 있습니다. 액추에이터가 무결성이나 투여 정밀도를 유지하기 위해 격리될 필요가 없기 때문입니다. 이는 반도체 제조업체가 차세대 ALD 밸브를 ​​통해 흐르는 가스가 균일한 온도에 노출되어 공정에서 어느 정도의 변동성을 제거할 것이라는 확신을 가질 수 있음을 의미합니다. 그림 3은 다양한 온도에서 그림 1과 비교하여 이상적인 열 안정성 상태를 보여줍니다.

2. 유속은 훨씬 더 높을 수 있습니다.

이제 반도체 업계 리더들은 청결도나 부품 수명에 대한 타협 없이 원하는 더 높은 유량을 얻을 수 있습니다. 기존 밸브는 0.6Cv 유량 계수를 제공할 수 있지만 새 밸브는 동일한 설치 공간(1.5인치)에서 두 배의 유량(1.2Cv)을 제공할 수 있으므로 공구 제조업체는 공구 교체 또는 기타 중요한 공정 변경 없이 더 큰 출력을 제공할 수 있습니다. 그러나 제작자가 설치 공간이 약간 더 큰(1.75인치) 새로운 ALD 밸브를 ​​구현할 수 있는 유연성이 있다면 기존 ALD 밸브의 유량을 거의 3배로 늘려 최대 1.7Cv의 유량 계수를 달성할 수 있습니다.

유량 용량의 이러한 상당한 개선은 기존의 다이어프램 디자인이 아닌 벨로우즈 디자인을 특징으로 하는 새로운 ALD 밸브에 의해 가능합니다. 벨로우즈 밸브는 더 높은 유속이 가능하며 새로운 ALD 밸브 내부의 벨로우즈는 현재 시장에서 사용되는 다이어프램 밸브에서 제조업체가 기대하는 UHP 성능을 달성하기 위해 5μin Ra 마감으로 고도로 연마되었습니다. 그림 4에서 밸브 중앙에 벨로우즈가 있는 것을 볼 수 있습니다. 새로운 디자인은 두 밸브 기술의 최고의 기능을 초고주기 수명을 가진 하나의 UHP 밸브에 결합합니다.

3. 향상된 성능 속성은 혁신을 가능하게 합니다.

반도체 산업의 미래 지향적인 기업들은 이제 혁신 관점에서 제약을 덜 받게 될 것입니다. 새로운 ALD 밸브 기술은 반도체 제조업체가 원소 주기율표의 새로운 영역에서 작업할 수 있도록 성능과 내구성을 제공하고, 낮은 증기압 전구체 가스를 실험하여 오늘날 ALD 공정에서 사용되는 것보다 더 나은 성능을 낼 수 있는 재료를 찾습니다. 일관된 온도를 유지하고 더 높은 유속을 허용하는 것 외에도 새로운 ALD 밸브는 Alloy 22와 같은 내식성이 높은 재료로 제공됩니다. 즉, 문제가 되는 피팅 또는 틈새 부식에 대한 우려 없이 처리에 보다 공격적인 화학 물질을 사용할 수 있습니다.

까다로운 산업을 위한 더 나은 옵션.

Swagelok의 최근 출시된 UHP ALD20 밸브와 같은 새로운 UHP 밸브는 공정 효율성을 희생하지 않으면서 반도체 제조업체에 필요한 고품질 증착을 제공함으로써 시장을 변화시킬 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 그러나 변하지 않는 것은 반도체 산업의 제조업체에 대한 경쟁적이고 빠르게 변화하는 요구 사항입니다.

공구 제조업체와 제작업체가 ALD20과 같은 고급 구성 요소를 최대한 활용하기 위해 프로세스와 시스템 설계를 조정하는 동안 Swagelok은 업계 문제에 대한 다음 솔루션을 개발하기 위해 고객과 협력하여 자체적으로 혁신과 지속적인 개선에 전념할 것입니다. 반도체 시장에서 일한다는 것은 반복적인 개선을 위한 끊임없는 여정을 지속한다는 의미이며 Swagelok은 그 여정에서 여러분을 도울 수 있습니다.

반도체 산업용 UHP 밸브, 특히 Swagelok의 새로운 ALD20 밸브에 대해 자세히 알아보려면 아래 링크를 방문하십시오. 귀하의 작업이 최신 ALD 밸브 기술의 이점을 얻을 수 있는 방법에 대한 대화를 시작하려면 현지 판매 및 서비스 센터에 문의하십시오.