占地面积小，潜力大：改进的 ALD 阀将如何促进半导体成功

一个新阀门。它可能改变半导体制造的三个原因。

半导体产品经理 Matt Ferraro

半导体市场不是一个容易驾驭的市场。在涉及昂贵材料、腐蚀性气体和极端温度的高度复杂工艺中，半导体晶圆制造商处于恒定压力下，以保持最高精度。几乎没有出错的余地，特别是考虑到跟上竞争和快速发展的技术需求所带来的额外压力。

半导体工具 OEM 也面临着类似的压力。他们不断努力提高工具的效率，并将其产品设计与竞争对手的产品设计区分开来，以便客户可以在更短的时间内实现更多目标，而不会牺牲质量。或许更重要的是，他们还必须不断向前看，寻找方法让制造商在竞相引入下一代芯片技术时优化其工艺和输入（例如新的前体气体）。

多年来，半导体制造商已将原子层沉积 (ALD) 工艺的优化视为其业务成功的关键。这些工艺必不可少的是超高纯度 (UHP) 阀门，这些阀门经过高度设计，可在用于制造半导体芯片的沉积过程中提供精确剂量的气体。虽然组件相对较小，但这些阀门对芯片制造过程的成败有着巨大的影响。

与一般工业应用中常见的阀门相比，ALD 工艺中使用的 UHP 阀门相当先进，但半导体制造商仍然发现自己在最近的热稳定性和流量等因素方面寻求更高的性能。多年来，ALD 阀的能力并没有发生巨大变化，但很明显，如果半导体行业要达到新的创新和生产力水平，就需要做出改变。

认识到改进的空间

热稳定性

UHP 阀门在 ALD 过程中必须加热到高温，以防止低蒸气压气体过早凝固。然而，现有 UHP 隔膜阀上的执行器通常不能完全浸入气箱中，必须进行热隔离以保持其功能。这会导致阀门不同组件之间的温度差异。当这种情况发生时，传输气体会发生冷却，如图 1 所示，不同的颜色代表不同的温度。

当使用需要精确温度稳定性以在沉积前保持气态的前体时，这尤其成问题，导致不需要的残留物积聚，从而导致剂量不一致。鉴于可重复性在半导体市场中的重要性，消除任何潜在的差异或不一致将受到许多人的欢迎。

流量

半导体工具 OEM 和制造商面临的另一个关键挑战是适用于 ALD 工艺的现有 UHP 阀门的流量有限。虽然现有的 UHP 隔膜阀提供迄今为止通常可以接受的流量，但随着阀门的加热，这些流量可能会下降。提高阀门的流速能力可以提高制造商生产半导体晶片的速度——或者至少可以让他们拥有更大的工艺灵活性，以确保其前体气体的稳定性——这可能会增加工艺中的收入。

实验能力

虽然今天的半导体制造存在许多固有的挑战，但也需要尝试新的工艺和媒体，以便在明天获得竞争优势。

制造商有可能通过使用新的高反应性前体气体来改进当今的微芯片技术和 ALD 工艺，但现有的 ALD 阀技术目前不能提供避免通过阀的压降所需的持续高流速，这可能导致低蒸气压气体改变状态。图 2 说明了流速如何影响三个不同阀门的压降。

制造商可以将其工艺中的流速减慢到足以实现使用这些低蒸气压前体气体所需的低压降，但由于所需的整体系统效率下降，这样做通常在经济上不可行。 UHP 阀门技术的改进将是帮助半导体制造商在不牺牲财务可持续性的情况下发现下一步发展的关键。

三个挑战，一个解决方案

好消息是下一代 ALD 阀正在投放市场，它们对现有 ALD 阀技术的设计改进为微芯片制造的未来带来了巨大希望。以下是乐观前景的三个原因。

1.阀门完全浸入气箱中。

在一致性是关键的应用中，与当今的 ALD 工艺相比，现在堆积或沉积不一致的风险较小。新型 ALD 阀门的设计允许将整个阀门加热至 200°C (392°F)，因为无需隔离执行器即可保持其完整性或计量精度。这意味着半导体制造商可以确信流经下一代 ALD 阀的气体将暴露在均匀的温度下，从而消除工艺的某种程度的可变性。图 3 显示了理想的热稳定性状态，与图 1 的不同温度相比。

2. 流速可以更高。

半导体行业领导者现在可以实现他们所寻求的更大流量，而不必牺牲清洁度或组件寿命。现有阀门可能提供 0.6 Cv 的流量系数，而新阀门可以在相同的占地面积（1.5 英寸）内提供双倍的流量 (1.2 Cv)，从而使工具制造商能够提供更大的输出，而无需更换工具或进行其他重大工艺更改。但是，如果制造商能够灵活地实施占地面积稍大（1.75 英寸）的新 ALD 阀，它们可以将现有 ALD 阀的流量提高近三倍，实现高达 1.7 Cv 的流量系数。

采用波纹管设计而非传统隔膜设计的新型 ALD 阀使流量的这些显着提高成为可能。波纹管阀能够实现更高的流速，并且新型 ALD 阀内的波纹管经过高度抛光至 5 μin Ra 光洁度，以实现制造商对目前市场上使用的隔膜阀的超高压性能期望。在图 4 中，您可以看到位于阀门中心的波纹管。新设计将两种阀门技术的最佳特性结合到一个具有超高循环寿命的 UHP 阀门中。

3.改进的性能属性允许创新。

从创新的角度来看，半导体行业有远见的参与者现在将受到更少的限制。新的 ALD 阀技术提供了性能和耐用性，使半导体制造商能够在元素周期表的新领域工作，用低蒸气压前体气体进行试验，以寻找性能可能比当今 ALD 工艺中使用的材料更好的材料。除了保持一致的温度和允许更高的流速之外，新的 ALD 阀门还采用高度耐腐蚀的材料（例如合金 22），这意味着可以使用更具腐蚀性的化学物质进行加工，而无需担心有问题的点蚀或缝隙腐蚀。

要求苛刻的行业的更好选择。

新的 UHP 阀门，例如世伟洛克最近发布的 UHP ALD20 阀门，通过为半导体制造商提供所需的高质量沉积而不牺牲工艺效率，具有改变市场的巨大潜力。然而，不会改变的是半导体行业对制造商的竞争性、快速变化的需求。

在工具制造商和制造商调整其工艺和系统设计以充分利用 ALD20 等先进组件的同时，世伟洛克将继续致力于创新和不断改进自身，与客户合作开发应对行业挑战的下一个解决方案。在半导体市场工作意味着持续不断地进行迭代改进，而世伟洛克可以在这一过程中为您提供帮助。

要了解有关用于半导体行业的 UHP 阀门的更多信息，尤其是世伟洛克的新型 ALD20 阀门，请访问以下链接。要开始讨论您的运营如何从最新的 ALD 阀门技术中受益，请联系您当地的销售和服务中心。