Полупроводниковая промышленность — все о технологии и оборудовании

В течение последних нескольких десятилетий полупроводниковая промышленность формировала наш мир, способствуя росту почти каждой отрасли и благосостоянию людей. Компьютеры, Интернет, мобильные телефоны и социальные сети - это лишь некоторые из основных достижений, которыми человечество пользуется каждый день благодаря этой технологии. Однако это не конец, а скорее начало. Сейчас мир вступил в новую эру больших данных и искусственного интеллекта, представляющих собой огромную движущую силу роста и инноваций.

Изготовление полупроводников происходит в условиях чистых помещений в диапазоне высокого и сверхвысокого вакуума. Для реализации и гарантии таких условий необходимо надежное вакуумное оборудование высшего качества.

Типичная полупроводниковая фабрика состоит из четырех уровней. На верхнем уровне расположены чистое помещение, производственная линия, а также специальные системы для борьбы с загрязнением. На уровне ниже чистой комнаты – так называемом “нижнем этаже” - расположены сухие насосы для откачки грузов из шлюзов и передаточных камер. На следующем уровне ниже расположены холодильные установки, источники тока и радиочастотные генераторы установки. Самый нижний уровень содержит сухие насосы и оборудование для очистки выхлопных газов (борьбы с выбросами).

Осаждение из паровой фазы

Изготовление полупроводникового компонента - это очень сложный процесс, включающий множество этапов в вакууме. Процесс осаждения является одним из них и состоит из нанесения материала на пластину с помощью нескольких технологий: PVD (физическое осаждение из паровой фазы), PECVD (Химическое осаждение из паровой фазы с плазменным усилением), SACVD (химическое осаждение из паровой фазы в субатмосфере), LPCVD (химическое осаждение из паровой фазы под низким давлением) или, в последнее время, ALD (атомное нанесение слоя). Каждая технология требует разного уровня вакуума. Мы предлагаем высоковакуумные турбонасосы и форвакуумные сухие насосы, предназначенные для ваших применений осаждения и рассчитанные на минимальную стоимость владения и максимальный срок службы процесса.

Скачать подборку оборудования для полупроводниковой промышленности

Физическое осаждение из паровой фазы PVD

Физическое осаждение из паровой фазы (PVD) описывает различные методы вакуумного осаждения, которые могут быть использованы для получения тонких пленок. Эта технология используется в производстве полупроводников для создания ультратонких колпачковых слоев, пленок с металлическими затворами с высоким k / металлом, вентилей для современных транзисторов, а также для формирования ультратонких барьерных материалов и затравочных слоев для межсоединений.

Требования к применению

• Низкая стоимость владения благодаря низкому энергопотреблению и длительным интервалам технического обслуживания

• Низкое базовое давление

Как это работает?

Наиболее распространенным используемым процессом PVD является технология распыления: материал мишени подвергается бомбардировке ионами инертного газа (в основном аргона), генерируемыми в плазме. Затем целевой материал выбрасывается с поверхности и осаждается на подложке.

Требования к вакууму

Такой процесс протекает при высоком вакууме в диапазоне от 10-3 до 10-7 Торр, что требует использования сухих механических насосов, турбонасосов, а также крионасосов. Поскольку в этом процессе не происходит химической реакции, не образуются побочные продукты, и поэтому вакуумные насосы являются экологически чистым применением.

Химическое осаждение из паровой фазы

CVD или химическое осаждение из паровой фазы - это технология, используемая для нанесения тонких пленок путем воздействия на подложку одного или нескольких летучих предшественников, которые вступают в реакцию и / или разлагаются на поверхности. Плазма (для PECVD) или температура (для SACVD) используются для увеличения скорости химической реакции.

Требования к применению

• Широкий диапазон производительности насоса от 600 до 3000 м3/ч

• Стабильность работы вакуума с течением времени для оптимального выхода

• Управление конденсацией при работе при высокой температуре

• Термическая стабильность предшественника при эксплуатации при низких температурах

• Коррозионная стойкость благодаря передовой технологии нанесения покрытий

• Возможности обработки порошка

• Высокий срок службы процесса при низких эксплуатационных затратах: низкое энергопотребление, низкие затраты на ремонт

Как это работает?

Процесс PECVD позволяет снизить температуру подложки, которая имеет решающее значение для устройства, в то время как SACVD при высокой температуре и высоком давлении используется для высоких скоростей осаждения. Обладая лучшим ступенчатым покрытием, чем технология PVD, PECVD и SACVD в основном используются для нанесения критических изолирующих диэлектрических слоев, которые изолируют и защищают электрическую структуру, таких как оксиды кремния и нитриды кремния.

Требования к вакууму

За исключением плазменного осаждения высокой плотности (HDPCVD), большинство процессов протекают в первичном вакууме, в низком диапазоне давлений.

Когда в камере происходит химическая реакция, предшественники вступают в реакцию с образованием побочных продуктов, которые откачиваются вакуумными насосами. Такие побочные продукты обычно представляют большую проблему для сухих насосов, поскольку их природа может варьироваться в зависимости от типа используемых прекурсоров: высококоррозионные, конденсирующиеся или твердые, а в некоторых случаях даже сочетаются все эти компоненты одновременно.

Диффузия, LPCVD (химическое осаждение из паровой фазы под низким давлением)

CVD низкого давления (LPCVD) - это одна из технологий, используемых для нанесения тонких пленок путем воздействия на подложку одного или нескольких летучих предшественников, которые вступают в реакцию и / или разлагаются на поверхности.

Приложения LPCVD обычно используются в производстве полупроводников для создания тонких пленок поликремния, изолирующих оксидов или пассивирующих слоев.

Диффузия - это термический процесс, используемый для окисления и нитрования поверхности пластины или для изменения электрических свойств легированных слоев.

Требования к применению

• Стабильность работы вакуума с течением времени для оптимального выхода.

• Высокая надежность: управление конденсируемым веществом, обработка порошка.

• Высокий срок службы процесса при низких эксплуатационных затратах: низкое энергопотребление, низкие затраты на ремонт.

Как это работает?

Обе технологии LPCVD и диффузии используют тепловую энергию для активации химической реакции, обычно в диапазоне от 500 до 900 °C. Помимо превосходного ступенчатого покрытия и осаждения высокой чистоты, эта технология обеспечивает гораздо большую обработку поверхности подложки, чем другие технологии CVD. LPCVD или диффузионное оборудование, как правило, периодического действия, обрабатывающее до 200 пластин одновременно.

Требования к вакууму

В зависимости от осаждаемого материала можно использовать несколько прекурсоров, что приводит к получению множества разновидностей побочных продуктов, обрабатываемых сухими вакуумными насосами: конденсирующихся или твердых, в некоторых случаях сочетающих и то, и другое одновременно.

Осаждение атомным слоем ALD 

Поскольку размеры узлов чипа постоянно уменьшаются, традиционные методы нанесения достигли своих пределов. Нанесение ультратонкого слоя на наноуровне требует технологии атомно-слоевого осаждения (ALD), которая позволяет наносить материалы по одному атомному слою за раз.

Эта технология используется для нанесения различных оксидов, нитридов или металлов, что позволяет изготавливать самые передовые устройства, включая 3D-архитектуры, где соответствие толщине и однородность имеют решающее значение.

Требования к применению

• Высокая производительность от 1800 до 4500 м3/ч.

• Стабильность работы вакуума с течением времени для оптимального выхода.

• Управление конденсацией при работе при высокой температуре.

• Термическая стабильность предшественника при эксплуатации при низких температурах.

• Коррозионная стойкость благодаря передовой технологии нанесения покрытий.

• Возможности обработки порошка.

• Высокий срок службы процесса при низких эксплуатационных затратах: низкое энергопотребление, низкие затраты на ремонт.

Как это работает?

Цикл осаждения ALD состоит из последовательных впрыскиваний предшественника и реагента в реактор. Энергия химической реакции активируется либо температурой (Thermal ALD), либо плазмой (PE ALD). В промежутках между каждым импульсом вводится продувка N2 для удаления побочных продуктов, образующихся в результате адсорбции предшественника на поверхности, а также непрореагировавшего предшественника и реагента. Поскольку реакция самоограничена по своей природе, толщина пленки зависит только от количества выполненных циклов осаждения, что позволяет контролировать осаждаемый слой в атомном масштабе. Процесс ALD может выполняться на оборудовании с одной пластиной или на оборудовании периодического действия, каждое из которых обладает определенными преимуществами.

Требования к вакууму

Большинство процессов ALD работают в условиях первичного вакуума в диапазоне давлений от 10-1 до 5 мбар. На крупносерийном производственном оборудовании для быстрого удаления прекурсоров на этапах продувки требуется высокая производительность откачки в диапазоне от 1800 до 4500 м3/ч. На небольшом научно-исследовательском оборудовании можно использовать сухие насосы меньшего размера, производительностью от 600 до 1200 м3/ч. Образующиеся побочные продукты обычно представляют собой серьезную проблему для сухих насосов, поскольку их природа может варьироваться в зависимости от типа используемых прекурсоров: высококоррозионные, конденсирующиеся или твердые, а в некоторых применениях все это сочетается одновременно.

Травление и очистка

Изготовление полупроводникового компонента - это очень сложный процесс, включающий множество этапов в вакууме. Процесс сухого травления является одним из них и состоит из выборочного удаления материала с пластины. Этот материал может быть либо проводящим материалом, формирующим структуру полупроводникового компонента, либо диэлектрическим материалом, изолирующим проводящие части компонента. Эти процессы также используются для удаления селективных материалов с поверхности пластины, таких как пленка фоторезиста и остатки, которые могут повлиять на производительность устройства. Каждая технология требует разного уровня вакуума. Мы предлагаем высоковакуумные турбонасосы и первичные сухие насосы, предназначенные для ваших задач травления и очистки и рассчитанные на минимальную стоимость владения и максимальный срок службы процесса.

Ионная имплантация

Процесс ионной имплантации заключается в легировании поверхности кремниевой пластины ионами с целью изменения электрических характеристик материала и увеличения проводимости устройства. Независимо от технологий имплантации (средний ток, большой ток или высокая энергия), компоновка инструментов для имплантации включает в себя три основные вакуумные зоны: источник ионов, линию луча и конечную станцию. Мы предлагаем высоковакуумные турбонасосы и первичные сухие насосы для всех применений имплантатов, которые рассчитаны на минимальную стоимость владения и максимальный срок службы процесса.

Обработка пластин

Пластины входят в полупроводниковый инструмент или выходят из него через загрузочные камеры, чтобы гарантировать правильный уровень вакуума. Пластины перемещаются из технологической камеры А в В через передаточные модули, которые также поддерживаются в вакууме. Мы предлагаем высоковакуумные турбонасосы и первичные сухие насосы, предназначенные для обработки пластин и рассчитанные на максимальную производительность и минимальные эксплуатационные расходы.

Контроль и метрология

Поскольку производство полупроводниковых приборов становится все более сложным с увеличением числа этапов, контроль пластин и метрология становятся более важными, чем когда-либо. Помимо вакуумных решений для традиционных инструментов контроля и метрологии, мы предлагаем инновационные встроенные системы контроля молекулярного загрязнения в воздухе (AMC) для фронтального открывания универсальных контейнеров (FOUP) и анализа окружающей среды в чистых помещениях. С помощью систем AMC пластины анализируются на протяжении всего производственного цикла, что способствует повышению производительности производства.

Литография

Изготовление полупроводникового компонента - очень сложный процесс. Процесс фотолитографии является одним из них и состоит из определения и передачи узоров в каждом слое устройства. Поскольку размеры чиповых банкнот постоянно уменьшаются, традиционная фотолитография с использованием ультрафиолетового (UV) света достигла своих пределов. Появился новый процесс литографии с использованием экстремального ультрафиолетового света (EUV) в вакууме. Мы предлагаем высоковакуумные турбонасосы и первичные сухие насосы, предназначенные для применения в EUV, поддерживающие расширенное масштабирование микросхем ниже 10 нм узла.

Обнаружение утечек

Любая единичная утечка, присутствующая в полупроводниковом инструменте и связанных с ним установках, может повлиять на производительность и выход продукции. Последствия варьируются от потери производства из-за несоблюдения технологических требований до критической угрозы безопасности. Таким образом, обнаружение утечек является критическим и обязательным этапом ввода в эксплуатацию любого нового инструмента в чистом помещении или после любого технического обслуживания.Мы предлагаем комплексные решения для обнаружения утечек, которые гарантируют вакуумную целостность вашей установки, начиная с технологических камер и заканчивая удалением газов. Наша цель: Максимизировать выход вашей продукции.