반도체 생산 혁신: 정밀도 향상을 위한 차세대 ALD 밸브 기술

하나의 새로운 밸브, 반도체 제조를 바꿀 세 가지 이유

맷 페라로, 제품 관리자, 반도체

반도체 시장은 탐색하기 쉬운 시장이 아닙니다. 반도체 웨이퍼 제조업체는 비싼 재료, 부식성 가스, 극한 온도가 관여하는 고도로 복잡한 공정에서 최대 정밀도를 유지해야 하는 끊임없는 압박을 받습니다. 경쟁을 따라잡고 빠르게 진화하는 기술 요구사항에 부응해야 하는 추가 부담을 고려하면 오류 허용 범위는 거의 없습니다.

반도체 툴 OEM도 비슷한 압박을 받습니다. 그들은 툴 효율을 개선하고 경쟁사 제품 설계와 차별화하기 위해 지속적으로 노력해 고객이 품질 저하 없이 더 적은 시간에 더 많은 것을 달성할 수 있도록 합니다. 아마도 더 중요한 것은, 그들이 끊임없이 앞을 내다보며 제조업체가 공정과 입력(새로운 전구체 가스 등)을 최적화할 수 있는 방법을 찾아 차세대 칩 기술을 안내해야 한다는 것입니다.

여러 해 동안 반도체 제조업체는 원자층 증착(ALD) 공정 최적화를 비즈니스 성공의 핵심으로 여겨왔습니다. 이 공정에 필수적인 것은 반도체 칩을 만드는 데 사용되는 증착 공정 중 가스의 정밀한 도징을 제공하도록 고도로 설계된 초고순도(UHP) 밸브입니다. 상대적으로 작은 부품이지만, 이 밸브는 칩 제작 공정의 성공 또는 실패에 엄청난 영향을 미칩니다.

ALD 공정에 사용되는 UHP 밸브는 일반 산업 애플리케이션에서 흔히 볼 수 있는 밸브에 비해 상당히 진보되어 있지만, 반도체 제조업체는 여전히 열 안정성과 유량 용량 같은 요소에서 더 높은 성능을 추구해 왔습니다. ALD 밸브의 기능은 수년간 크게 변하지 않았지만, 반도체 산업이 새로운 혁신과 생산성 수준에 도달하려면 변화가 필요함이 분명합니다.

개선 여지 인식하기

열 안정성

UHP 밸브는 ALD 공정 중 저증기압 가스가 조기에 고체화되는 것을 방지하기 위해 고온으로 가열되어야 합니다. 그러나 기존 UHP 다이어프램 밸브의 액추에이터는 가스 박스에 완전히 몰입할 수 없는 경우가 많으며, 기능 유지를 위해 열적으로 격리되어야 합니다. 이는 밸브의 서로 다른 구성품 간 온도 차이를 유발할 수 있습니다. 이것이 발생하면 그림 1에서 보는 것처럼 서로 다른 색상으로 표현되는 다양한 온도로 전달된 가스가 냉각될 수 있습니다.

이는 기화 전 기체 상태를 유지하기 위해 정밀한 열 안정성을 필요로 하는 전구체 사용 시 특히 문제가 되어 원치 않는 잔여물 축적과 일관성 없는 도징을 초래합니다. 반도체 시장에서 반복성의 중요성을 고려할 때, 변동성이나 불일치 가능성을 제거하는 것은 많은 이들에게 환영받을 것입니다.

유량

반도체 툴 OEM과 제조업체의 또 다른 주요 과제는 ALD 공정에 적합한 기존 UHP 밸브의 제한된 유량 용량입니다. 기존 UHP 다이어프램 밸브가 지금까지 일반적으로 허용 가능한 유량을 제공해 왔지만, 밸브가 가열되면 해당 유율이 감소할 수 있습니다. 밸브 유량 용량 증가는 제조업체가 반도체 웨이퍼를 생산하는 속도를 높이거나, 적어도 전구체 가스 안정성을 보장하기 위해 더 많은 공정 유연성을 허용할 수 있어 잠재적으로 매출 증대로 이어질 수 있습니다.

실험 능력

오늘날 반도체 제조에는 많은 고유한 과제가 있지만, 내일의 경쟁 우위를 가능하게 할 새로운 공정과 매체를 실험할 필요도 있습니다.

새로운 고반응성 전구체 가스를 사용해 오늘날의 마이크로칩 기술과 ALD 공정을 개선할 잠재력이 있지만, 기존 ALD 밸브 기술은 현재 밸브 전체에서 압력 강하를 피하는 데 필요한 일관된 높은 유량을 제공하지 못하며, 이는 저증기압 가스의 상태 변화를 유발할 수 있습니다. 그림 2는 세 가지 다른 밸브에서 유량이 압력 강하에 미치는 영향을 보여줍니다.

제조업체는 공정 유량을 충분히 늦춰 이러한 저증기압 전구체 가스에 필요한 낮은 압력 강하를 달성할 수 있지만, 전반적인 시스템 효율성 저하로 인해 일반적으로 경제적으로 실행 가능하지 않습니다. UHP 밸브 기술 개선이 재정적 지속 가능성을 희생하지 않고 다음 단계 발견을 돕는 열쇠가 될 것입니다.

세 가지 과제, 하나의 솔루션

좋은 소식은 차세대 ALD 밸브가 시장에 출시되고 있으며, 기존 ALD 밸브 기술 대비 설계 개선이 마이크로칩 제조의 미래에 큰 약속을 담고 있다는 것입니다. 긍정적인 전망을 위한 세 가지 이유입니다.

1. 밸브가 가스 박스에 완전히 몰입 가능합니다.

일관성이 핵심인 애플리케이션에서 오늘날의 ALD 공정과 비교해 축적이나 도징 불일치 위험이 줄어듭니다. 새로운 ALD 밸브의 설계로 액추에이터가 무결성이나 도징 정밀도 유지를 위해 격리될 필요 없이 전체 밸브를 최대 200°C(392°F)까지 가열할 수 있습니다. 이는 반도체 제조업체가 차세대 ALD 밸브를 통과하는 가스가 균일한 온도에 노출될 것임을 확신할 수 있게 하여 프로세스에서 어느 정도의 변동성을 제거합니다. 그림 3은 그림 1의 다양한 온도와 비교해 이상적인 열 안정성 상태를 보여줍니다.

2. 유량을 훨씬 높일 수 있습니다.

반도체 업계 리더들은 이제 청결도나 부품 수명을 타협하지 않고 추구해 온 더 높은 유량을 달성할 수 있습니다. 기존 밸브가 0.6 Cv 유량 계수를 제공할 수 있는 반면, 새로운 밸브는 같은 풋프린트(1.5인치)에서 두 배 유량(1.2 Cv)을 제공해 툴 제조업체가 리툴링이나 기타 중요한 공정 변경 없이 더 큰 출력을 제공할 수 있게 합니다. 그러나 제조업체가 약간 더 큰 풋프린트(1.75인치)의 새로운 ALD 밸브를 구현할 유연성이 있다면, 기존 ALD 밸브의 유율을 거의 3배로 높여 최대 1.7 Cv의 유량 계수를 달성할 수 있습니다.

이러한 유량 용량의 상당한 개선은 기존 다이어프램 설계 대신 벨로우즈 설계를 특징으로 하는 새로운 ALD 밸브로 가능해졌습니다. 벨로우즈 밸브는 더 높은 유량을 달성할 수 있으며, 새로운 ALD 밸브 내부의 벨로우즈는 현재 시장에서 사용되는 다이어프램 밸브에서 기대하는 UHP 성능을 달성하기 위해 5 µin Ra 마감으로 고도로 연마되었습니다. 그림 4에서 밸브 중앙에 있는 벨로우즈를 볼 수 있습니다. 새로운 설계는 두 밸브 기술의 최고의 특징을 초고순도 밸브 하나에 결합했으며 초고 사이클 수명을 가집니다.

3. 향상된 성능 속성으로 혁신 가능.

반도체 업계의 선구적인 플레이어들은 이제 혁신 관점에서 덜 제약받게 됩니다. 새로운 ALD 밸브 기술은 반도체 제조업체가 주기율표의 새로운 영역에서 작업하며, 오늘날 ALD 공정에 사용되는 것보다 더 나은 성능을 낼 수 있는 물질을 찾기 위해 저증기압 전구체 가스를 실험할 수 있는 성능과 내구성을 제공합니다. 일관된 온도 유지와 더 높은 유량 허용 외에도, 새로운 ALD 밸브는 Alloy 22와 같은 고내식성 소재로 제공되어 더 공격적인 화학 물질을 가공에 사용할 수 있으며, 골 부식이나 틈새 부식 우려 없이 처리할 수 있습니다.

까다로운 산업을 위한 더 나은 옵션

스웨즈락의 최근 출시된 UHP ALD20 밸브와 같은 새로운 UHP 밸브는 공정 효율을 희생하지 않고 반도체 제조업체가 필요로 하는 고품질 증착을 제공함으로써 시장을 바꿀 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 그러나 변하지 않는 것은 반도체 산업 제조업체에 대한 경쟁적이고 빠르게 변화하는 요구사항입니다.

툴 제조업체와 제조업체가 ALD20 같은 고급 부품을 최대한 활용하기 위해 공정과 시스템 설계를 조정하는 동안, 스웨즈락은 자체적으로 혁신과 지속적 개선에 전념하며 업계 과제에 대한 다음 솔루션을 개발하기 위해 고객과 파트너십을 맺을 것입니다. 반도체 시장에서 일한다는 것은 반복적 개선의 끊임없는 여정에 머무르는 것을 의미하며, 스웨즈락은 그 여정에서 당신을 도울 수 있습니다.

반도체 산업용 UHP 밸브, 특히 스웨즈락의 새로운 ALD20 밸브에 대해 더 알고 싶으시면 아래 링크를 방문하세요. 귀사 운영이 최신 ALD 밸브 기술로 어떻게 혜택을 볼 수 있는지에 대한 대화를 시작하려면 지역 영업 및 서비스 센터에 문의하세요.