在半导体制造中,气体完成了所有的工作,而激光得到了所有的关注。虽然激光确实将晶体管图案蚀刻到硅中,但首先沉积硅并分解激光制成完整电路的蚀刻是一系列气体。这些用于通过多阶段过程开发微处理器的气体具有高纯度也就不足为奇了。除了这一限制之外,他们中的许多人还有其他顾虑和限制。有些气体是低温的,有些是腐蚀性的,还有一些是剧毒的。

总而言之,这些限制使为半导体行业制造气体分配系统成为一项相当大的挑战。材料规格要求很高。除了材料规格外,气体分配阵列是一个由互连系统组成的复杂机电阵列。组装它们的环境复杂且重叠。作为安装过程的一部分,最终制造在现场进行。轨道焊接有助于满足高规格的气体分配要求,同时使狭窄的挑战性环境中的制造更易于管理。

半导体行业如何使用气体

在尝试规划气体分配系统的制造之前,有必要至少了解半导体制造的基础知识。半导体的核心是使用气体以高度可控的方式在表面上沉积近元素固体。然后通过引入额外的气体、激光、化学蚀刻剂和热量来修改这些沉积的固体。大致过程中的步骤是：

沉积：这是创建初始硅晶圆的过程。硅前体气体被泵入真空沉积室,并通过化学或物理相互作用形成薄硅晶片。

光刻：照片部分是指激光。在用于制造最高规格芯片的更高极紫外光刻(EUV) 光谱中,使用二氧化碳激光将微处理器的电路蚀刻到晶圆中。

蚀刻：在蚀刻过程中,将卤素-碳气体泵入腔室,激活并溶解硅基板中的选定材料。这个过程有效地将激光印刷的电路雕刻到基板上。

掺杂：这是一个额外的步骤,可以改变蚀刻表面的导电性,以确定半导体导电的确切条件。

退火：在此过程中,晶圆层之间的反应是通过升高压力和温度来引发的。本质上,它最终确定了先前过程的结果,并在晶圆中创建了最终完成的处理器。

腔室和管路清洁：前面步骤中使用的气体,尤其是蚀刻和掺杂,通常具有剧毒和反应性。因此,工艺室和为其供气的气体管线需要充满中和气体,以减少或消除有害反应,然后填充惰性气体,以防止任何来自外部环境的污染气体侵入。

半导体行业中的气体分配系统往往很复杂,因为涉及多种不同的气体,而且随着时间的推移,对气体流量、温度和压力的控制必须非常严格。由于过程中每种气体所需的超高纯度,这进一步复杂化。在下一步过程开始之前,必须将上一步中使用的气体从管线和腔室中冲洗掉或以其他方式中和。这意味着有大量的专用管线、焊接管系统和软管之间的接口、软管和管子与气体调节器和传感器之间的接口,以及所有前面提到的组件和阀门和密封系统之间的接口,旨在防止管道污染天然气供应被换掉了。

此外,洁净室外部和特种气体将在洁净室环境和专用密闭区域内配备散装气体供应系统,以减轻意外泄漏时的任何危害。在如此复杂的环境中焊接这些气体系统并非易事。然而,只要小心、注意细节和合适的设备,这项任务就可以成功完成。

在半导体行业中制造配气系统

半导体气体分配系统中使用的材料变化很大。它们可以包括内衬聚四氟乙烯的金属管和软管之类的东西,以抵抗高腐蚀性气体。半导体行业中通用管道最常用的材料是316L 不锈钢——一种低碳不锈钢变体。当谈到316L 与 316 时,316L 更耐晶间腐蚀。在处理一系列可能腐蚀碳的高反应性和潜在挥发性气体时,这是一个重要的考虑因素。焊接 316L 不锈钢时,释放的碳析出物较少。它还降低了晶界侵蚀的可能性,晶界侵蚀会导致焊缝和热影响区出现点蚀。

为降低管道腐蚀导致产品线腐蚀和污染的可能性,使用纯氩气保护气体和钨极气体保护焊轨道焊接的316L 不锈钢是半导体行业的标准。唯一一种能够提供在工艺管道中保持高纯度环境所需的控制的焊接工艺。自动轨道焊接仅提供在半导体气体分配系统制造过程中完成焊接所需的可重复过程控制。事实上,封闭轨道焊头可以适应工艺区域之间复杂交汇处的拥挤和困难空间,这也是该工艺的一个重要优势。

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